KR20180022695A - Halogenated graphene nanofibers, and their manufacture and use - Google Patents

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인지 장
존 씨 파크스
클랜시 알 캐드르마스
조셉 엠 오데이
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알베마를 코포레이션
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Abstract

나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 하고, 나노판상체에서 할로겐의 전체 함량이 브롬으로서 산출하는 경우 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하인, 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 기술된다. 이러한 나노판상체를 제조하는 방법, 및 이러한 나노판상체를 위한 다양한 최종 용도가 또한 기술된다. 브롬으로서 산출하고 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하의 전체 할로겐 함량을 갖는 할로겐화된 박리 흑연, 및 할로겐화된 박리 흑연을 제조하는 방법이 또한 제공된다.(I) a graphene layer in which no element or component other than sp2 carbon is present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer, except for the carbon atoms forming the periphery of the graphene layer of the nano- And a halogenated graphene nanofibrous body is described which is about 5% by weight or less based on the total weight of the nano plate body when the total content of halogen in the nano plate body is calculated as bromine. Methods for making such nano-plates and various end-uses for such nano-plates are also described. Also provided is a process for producing halogenated exfoliated graphite having a total halogen content of about 5 wt.% Or less based on the total weight of halogenated exfoliated graphite, calculated as bromine, and halogenated exfoliated graphite.

Description

할로겐화된 그래핀 나노판상체, 및 이의 제조 및 용도 Halogenated graphene nanofibers, and their manufacture and use

본 발명은 우수한 특징을 갖는 신규한 할로겐화된 그래핀 나노판상체(halogenated graphene nanoplatelet), 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 제조하기 위한 신규한 공정 기술, 및 이러한 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 매우 적합한 적용에 관한 것이다.The present invention relates to novel halogenated graphene nanoplatelets, novel process technologies for producing halogenated graphene nanofibers, and to the use of such halogenated graphene nanofibers with excellent properties, .

그래핀 나노판상체는 판상체(platelet) 형상을 갖는 그래핀의 층으로 이루어진 나노입자이다. 그래핀 나노판상체는 유사한 적용에서 사용하기 위한 탄소 나노튜브에 대한 요망되는 대안으로 여겨지고 있다.The graphene nano plate is a nanoparticle composed of a layer of graphene having a platelet shape. The graphene nanofabric is considered a desirable alternative to carbon nanotubes for use in similar applications.

당해 분야에 공지된 그래핀 나노판상체의 2가지 주요 생산 방법, 즉 '상향식(bottom up)' 방법 및 "하향식(top down)' 방법이 있다. 상향식 방법은 화학적 증기 증착과 같은 방법으로 한 번에 하나의 원자 또는 층의 그래핀 나노판상체를 형성시키는 것으로서, 이는 시간-소비적이고 고가이다. 다른 방법인 하향식 방법은 천연 또는 합성 흑연과 함께 개시하여, 여러 적층된 층을 수 개의 층 또는 하나의 층 입자로 분리시키기 위해 다양한 공정을 사용한다. 필링(peeling)("스카치 테이프(scotch tape)"), 액상 박리(liquid phase exfoliation), 및 인터칼레이션(intercalation)/박리를 포함하는 몇몇 일반적인 기술이 공지되어 있다. 인터칼레이션/박리는 흑연에 물질의 인터칼레이션 및 흑연으로부터 그러한 물질의 증기화 또는 분해의 단계별 공정으로서, 이는 흑연 층을 팽창시키고, 분리하고, 박리시켜, 판상체를 형성시킨다. 흑연을 인터칼레이션시키기 위해 당해 분야에서 다양한 물질이 사용된다.There are two main production methods of graphene nanofibers known in the art, namely a 'bottom up' method and a 'top down' method. The bottom-up method is a method of chemical vapor deposition, Which is time-consuming and expensive. Another method, the top-down method, is disclosed in conjunction with natural or synthetic graphite to form several laminated layers in several layers or one layer Various processes are used to separate the particles into layered particles of some general type, including peeling ("scotch tape"), liquid phase exfoliation, and intercalation / Intercalation / exfoliation is a step-wise process of intercalating material into graphite and vaporizing or decomposing such material from graphite, which causes the graphite layer to expand, Separated and peeled to form a plate. Various materials are used in the art to intercalate graphite.

여러 타입의 그래핀 나노판상체가 상업적으로 입수 가능하지만, 우수한 성능 능력과 함께 보다 양호한 성질을 갖는 그래핀 나노판상체에 대한 요구가 존재한다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시킬 것으로 여겨진다.While several types of graphene nano platelets are commercially available, there is a need for graphene nano platelets with better performance and better properties. The present invention is believed to satisfy this need.

본 발명은 나노판상체의 그래핀 층의 둘레(perimeter)를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 가지며, 나노판상체에서 할로겐의 함량이 브롬으로 산출하는 경우, 그리고 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 제공한다. 본 발명은 또한, 박리 흑연에서 할로겐의 전체 함량이 브롬으로 산출하는 경우, 그리고 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하인, 할로겐화된 박리 흑연을 제공한다.(I) a graphene layer in which no element or component other than sp 2 carbon is present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer, wherein carbon atoms forming the perimeter of the graphene layer of the nano- Characterized in that the halogenated graphene nanofabric body has an element graphene layer and the halogen content is in the range of about 5 wt% or less, based on the total weight of the nanofabric body, Lt; / RTI > The present invention also provides a halogenated exfoliated graphite, wherein the total content of halogen in the exfoliated graphite is calculated as bromine, and up to about 5 wt%, based on the total weight of the halogenated exfoliated graphite.

바람직한 구현예에서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에서 화학적으로 결합된 할로겐을 갖는 할로겐화된 그래핀 나노판상체이다.In a preferred embodiment, the halogenated graphene nanofabric is a halogenated graphene nanofibrous body having a halogen chemically bonded around the graphene layer of the nanofabric.

다른 바람직한 구현예에서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에서 화학적으로 결합된 브롬을 갖는 브롬화된 그래핀 나노판상체이다.In another preferred embodiment, the halogenated graphene nanofabric is a brominated graphene nanofibrous body having bromine chemically bonded around the graphene layer of the nanofabric.

상기 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 또한, 고순도를 가지고 매우 적거나 검출 가능하지 않은 화학적으로 결합된 산소 불순물을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따라 수득 가능한 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 "프리스틴(pristine)"의 설명 또는 분류의 자격을 얻는다. 또한, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체에는 실제적으로 임의의 구조적 결함이 존재하지 않는다. 이는 적어도 일부, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 sp2 그래핀 층의 뚜렷한 균일성 및 구조적 완전성에 기인한 것일 수 있다. 이러한 나노판상체의 추가적인 유리한 특성들 중에는, 상업적으로 입수 가능한 할로겐-함유 그래핀 나노판상체와 비교하여 우수한 전기 전도성 및 우수한 물리적 성질이 있다. 또한, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 합성 동안에 용매가 요구되지 않으며, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 형성하기 위해 흑연 옥사이드(graphitic oxide)를 형성하는 중간 단계가 요구되지 않는다.The halogenated graphene nanofibers also have chemically bonded oxygen impurities with high purity and very little or no detectable. Accordingly, the halogenated graphene nanofibers obtainable according to the present invention qualify for the description or classification of "pristine ". In addition, there is practically no structural defects in the halogenated graphene nanofibers of the present invention. This may be due, at least in part, to the distinct uniformity and structural integrity of the sp 2 graphene layer of the halogenated graphene nanofabric of the present invention. Among the additional advantageous properties of these nanoplates are their excellent electrical conductivity and good physical properties as compared to commercially available halogen-containing graphene nanofibers. In addition, no solvent is required during the synthesis of the halogenated graphene nanoparticles of the present invention, and an intermediate step of forming graphitic oxide to form the halogenated graphene nanoparticles of the present invention is not required .

신규한 합성 공정 기술은 또한, 본 발명에 의해 제공된다. 이에 따라, 이의 공정 구현예들 중 하나에서, 본 발명은 할로겐화된 그래핀 판상체의 생산을 위한 연속 공정을 제공한다. 유리하게, 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 생성시키기 위한 본원에 기술된 공정 기술은 재현 가능하고, 상업적 스케일로 수행할 수 있을 것으로 여겨진다.Novel synthetic process technology is also provided by the present invention. Thus, in one of its process embodiments, the present invention provides a continuous process for the production of a halogenated graphene sheet. Advantageously, the process techniques described herein for producing halogenated graphene nanofibers are believed to be reproducible and can be performed on a commercial scale.

이에 따라, 본 발명은 이의 구현예들 중 하나에서, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 제조하는 방법을 제공한다. 공지된 바로는, 이러한 할로겐화된 나노판상체가 임의의 공정에 의해 형성되는 것은 이번이 최초이다. 결함의 부재가 적어도 일부, 이의 제조에서 사용되는 할로겐(들)을 제외하고 어떠한 산소 또는 다른 원소도 본질적으로 존재하지 않는, 본 발명의 할로겐화된 나노판상체의 고순도에 기인할 수 있는 것으로 여겨진다. 이러한 할로겐화된 그래핀 나노판상체 중에서, 바람직한 나노판상체는 브롬화된 그래핀 나노판상체, 즉, 할로겐 소스로서 브롬 원소(Br2)를 사용하여 형성된 나노판상체이다.Accordingly, the present invention provides, in one of its embodiments, a halogenated graphene nanofibrous body having no elements or components other than sp 2 carbon other than the carbon atoms forming the periphery of the graphene layer of the nano- ≪ / RTI > As is well known, this is the first time that such halogenated nanofabric bodies are formed by any process. It is believed that the absence of defects can be attributed at least in part to the high purity of the halogenated nano-plates of the present invention, in which essentially no oxygen or other elements are present except for the halogen (s) used in the preparation thereof. Among these halogenated graphene nano-plates, a preferred nano-plate is a brominated graphene nano-plate, that is, a nano plate formed by using a bromine element (Br 2 ) as a halogen source.

하기에 기술되는 바와 같이, 2층 브롬화된 그래핀 나노판상체가 수득되었고, 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고 단지 또는 거의 단지 sp2 탄소를 지니는 것으로 확인되었다. 이러한 2층 브롬화된 그래핀 나노판상체는 상업적으로 입수 가능한 나노판상체와 비교하여, 보다 양호한 전도성, 보다 양호한 물리적 성질, 및 다른 고도로 요망되는 특징을 나타낸다.As described below, a two-layer brominated graphene nanoparticle was obtained and found to have only or nearly only sp 2 carbon except for the carbon atoms forming the periphery of the graphene layer. Such two-layered brominated graphene nanofabric bodies exhibit better conductivity, better physical properties, and other highly desirable characteristics as compared to commercially available nanofabric bodies.

본 발명의 이러한 구현예 및 특성 및 다른 구현예 및 특성은 하기 설명, 도면, 및 첨부된 청구범위로부터 더욱더 명백하게 될 것이다.These and other embodiments and features of the present invention will become more apparent from the following description, drawings, and appended claims.

도 1은 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체의 일부의 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지이다.
도 2는 본 발명의 방법에서 형성된 일련의 브롬-인터칼레이션된 흑연에 대한 한 세트의 X-선 분말 회절 패턴, 및 흑연에 대한 X-선 분말 회절 패턴이다.
도 3은 본 발명의 2층 브롬화된 그래핀 나노판상체의 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지이다.
도 4a는 수 중에 분산된, 본 발명의 방법으로 형성된, 브롬화된 박리 흑연의 사진이다. 도 4b는 물 표면 상에서의 흑연의 사진이다.
도 5는 본 발명의 방법으로 형성된 브롬화된 박리 흑연에 대한 질소 중에서의 열중량 분석(TGA) 결과 및 천연 흑연에 대한 비교 결과의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 방법으로 형성된 브롬화된 그래핀 나노판상체에 대한 공기 중에서의 열중량 분석(TGA) 결과, 및 흑연 출발 물질에 대한 비교 결과의 그래프이다.
1 is a high-resolution transmission electron microscopy (TEM) image of a portion of a brominated graphene nanofibrous body of the present invention.
Figure 2 is a set of X-ray powder diffraction patterns for a series of bromine-intercalated graphite formed in the process of the present invention, and an X-ray powder diffraction pattern for graphite.
3 is a high-resolution transmission electron microscopy (TEM) image of the two-layer brominated graphene nanofibers of the present invention.
4A is a photograph of brominated peeled graphite formed by the method of the present invention dispersed in water. Figure 4b is a photograph of graphite on a water surface.
FIG. 5 is a graph of the thermogravimetric analysis (TGA) results in nitrogen for the brominated exfoliated graphite formed by the method of the present invention and the comparison results for natural graphite.
FIG. 6 is a graph of thermogravimetric analysis (TGA) results in air for graphite graphene nanoparticles formed by the method of the present invention, and comparison results for graphite starting materials.

당해 분야에 공지된 바와 같이, 그리고, 본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 "인터칼레이션(intercalation)"은 흑연의 층들 사이에 물질을 넣는 것을 의미한다. 용어 "인터칼레이팅제(intercalating agent)" 및 "인터칼레이트제(intercalant)"는 본 문헌 전반에 걸쳐 교체 가능하게 사용된다. 본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 그리고, 당해 분야에 공지된 바와 같이, 용어 "박리(exfoliation)"는 흑연의 층들 사이에 존재하는 물질을 제거하고 흑연 층의 분리를 증가시키는 것을 의미한다.As is known in the art, and as used throughout this document, the term "intercalation " refers to the inclusion of material between layers of graphite. The terms "intercalating agent" and "intercalant" are used interchangeably throughout this document. As used throughout this document, and as is known in the art, the term "exfoliation " means removing material present between the layers of graphite and increasing the separation of the graphite layer.

"프리스틴(pristine) 또는 거의 프리스틴"은 관찰 가능한 손상이 존재하지 않거나, 고해상도 투과 전자 현미경법(TEM)에 의해 또는 원자력 현미경법(AFM)에 의해 도시된 바와 같이 그래핀 층에 대한 임의의 손상이 존재하는 경우에, 이러한 손상이 무시할 정도이며, 즉, 고려할 가치가 없을 만큼 유의미하지 않음을 의미한다. 예를 들어, 임의의 이러한 손상은 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 나노전자 성질에 대해 관찰 가능하지 않은 유해한 영향을 미치지 않는다. 일반적으로, 할로겐화된 그래핀 나노판상체에서의 임의의 손상은 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 제조하는 흑연에 존재하는 손상으로부터 비롯되며, 흑연 출발 물질로부터의 임의의 손상 및/또는 불순물은 생성물 할로겐화된 그래핀 나노판상체에 잔류한다."Pristine or almost pristine" means that no observable damage is present or that any damage to the graphene layer as shown by high resolution transmission electron microscopy (TEM) or by atomic force microscopy (AFM) If present, this impairment is negligible, meaning that it is not meaningful that it is not worth considering. For example, any such damage does not have an unobservable deleterious effect on the nanoelectronic nature of the halogenated graphene nanofabric. In general, any damage in the halogenated graphene nanofabric arises from damage present in the graphite making up the halogenated graphene nanofabric, and any damage and / or impurities from the graphite starting material may result in product halogenation The graphene remaining on the nano plate.

본 발명의 실행에서, 인터칼레이팅제는 이원자 할로겐 분자이다. 본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "이원자 할로겐 분자" 및 "이원자 할로겐"은 원소 할로겐 화합물 및 이원자 할로겐간 화합물을 포함한다.In the practice of the present invention, the intercalating agent is a divalent halogen molecule. The term "divalent halogen molecule" and "divalent halogen " used throughout this document include elemental halogen compounds and divalent interhalogen compounds.

이러한 문헌 전반에 걸쳐, Br2는 때때로 "브롬 원소(elemental bromine)"으로서 지칭되며, F2는 때때로 "불소 원소(elemental fluorine)"로서 지칭된다.Throughout this document, Br 2 is sometimes referred to as "elemental bromine" and F 2 is sometimes referred to as "elemental fluorine".

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 형성하는데 사용하기 위한 이원자 할로겐 분자는 일반적으로, 브롬 원소(Br2), 불소 원소(F2), 요오드 모노클로라이드(ICl), 요오드 모노브로마이드(IBr), 요오드 모노플루오라이드(IF), 또는 이러한 할로겐 화합물들 중 임의의 2 이상의 혼합물을 포함한다. 브롬(Br2)은 바람직한 이원자 할로겐 분자이다.Binary halide molecules for use in forming the halogenated graphene nanofibers of the present invention are generally selected from the group consisting of bromine element (Br 2 ), fluorine element (F 2 ), iodine monochloride (ICl), iodine monobromide (IBr) , Iodine monofluoride (IF), or a mixture of any two or more of these halogen compounds. Bromine (Br 2) is a preferred diatomic halogen molecules.

본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 할로겐화된 그래핀 나노판상체에서 용어 "할로겐화된"은 Br2, F2, ICl, IBr, IF, 또는 이들의 임의의 조합이 그래핀 나노판상체를 제조하는데 사용된 그래핀 나노판상체를 지칭한다. 유사하게, 할로겐화된 박리 흑연의 경우에, 용어 "할로겐화된"은 Br2, F2, ICl, IBr, IF, 또는 이들의 임의의 조합이 박리 흑연을 제조하는데 사용된 박리 흑연을 지칭한다.The term "halogenated" in the halogenated graphene nanofibers used throughout this document refers to a mixture of Br 2 , F 2 , ICl, IBr, IF, or any combination thereof used to prepare graphene nanofibers It refers to the graphene nano plateau. Similarly, in the case of halogenated exfoliated graphite, the term " halogenated "refers to exfoliated graphite used to produce exfoliated graphite with Br 2 , F 2 , ICl, IBr, IF, or any combination thereof.

할로겐화된 박리 흑연은 본 발명의 일 구현예이고, 본 발명의 방법에 의해 수득될 수 있다. 브롬화된 박리 흑연은 바람직한 할로겐화된 박리 흑연이다.The halogenated exfoliated graphite is an embodiment of the present invention and can be obtained by the method of the present invention. Brominated peeled graphite is the preferred halogenated peeled graphite.

할로겐화된 그래핀 나노판상체는 본 발명의 일 구현예이고, 본 발명의 방법에 의해 수득될 수 있다. 브롬화된 그래핀 나노판상체는 바람직한 할로겐화된 그래핀 나노판상체이다.The halogenated graphene nanofibrous body is an embodiment of the present invention and can be obtained by the method of the present invention. The brominated graphene nanofibers are the preferred halogenated graphene nanofibers.

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 그래핀 층을 포함하고, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 한다. 할로겐화된 그래핀 나노판상체에서 할로겐의 전체 함량은 브롬으로서 산출하는 경우에, 그리고 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하이다.The halogenated graphene nanofabric member of the present invention includes a graphene layer, and includes, except for the carbon atoms forming the periphery of the graphene layer of the nano plate, (i) no element or component other than sp 2 carbon Graphene layer, and (ii) a substantially defect-free graphene layer. The total content of halogen in the halogenated graphene nanofabric is calculated as bromine and is about 5 weight percent or less based on the total weight of the halogenated graphene nanofabric.

구 "sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는"은, 불순물이 대개, 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 백만분의 일(ppm(parts per million); 중량/중량) 수준 이하인 것을 지시하는 것이다. 통상적으로, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 약 3 중량% 이하의 산소, 바람직하게, 약 1 중량% 이하의 산소를 가지며; 할로겐화된 그래핀 나노판상체에서 관찰된 산소는 흑연 출발 물질에서 비롯된 불순물인 것으로 여겨진다.The phrase "no element or component other than sp 2 carbon" means that the impurity is usually less than one part per million (parts per million) weight / weight, based on the total weight of the nano- It is instructive. Typically, the halogenated graphene nanofibers have up to about 3 weight percent oxygen, preferably up to about 1 weight percent oxygen; The oxygen observed in the halogenated graphene nanofibers is believed to be impurities originating from the graphite starting material.

구 "실질적으로 결함-부재"는 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 그래핀 층에는 홀, 5원 고리, 및 7원 고리를 포함하는 구조적 결함이 실질적으로 존재하지 않음을 지시하는 것이다.The phrase " substantially defect-free "indicates that the graphene layer of the halogenated graphene nanofabric body is substantially free of structural defects including holes, five-membered rings, and seven-membered rings.

일부 구현예에서, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에서 화학적으로 결합된 할로겐을 포함한다. 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에서 화학적으로 결합될 수 있는 할로겐 원자는 불소, 염소, 브롬, 요오드, 및 이들의 혼합물을 포함하며, 브롬이 바람직하다.In some embodiments, the halogenated graphene nanofibers of the present invention comprise a halogen chemically bonded around the graphene layer of the nanofabric. Halogen atoms that can be chemically bonded around the graphene layer of the halogenated graphene nanofibers include fluorine, chlorine, bromine, iodine, and mixtures thereof, with bromine being preferred.

본 발명의 나노판상체에 존재하는 할로겐의 총량이 달라질 수 있지만, 나노판상체에서 할로겐의 전체 함량은 약 5 중량% 이하이고, 바람직하게, 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 브롬 범위의 전체 브롬 함량(또는 브롬으로서 산출하는 경우)와 동일한 범위이며, 이는 사용되는 특정 이원자 할로겐 조성물의 양 또는 원자량에 의해 결정된다. 더욱 바람직하게, 나노판상체에서의 할로겐의 전체 함량은 브롬 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량% 범위의 전체 브롬 함량과 동일한 범위이다. 일부 구현예에서, 나노판상체에서의 할로겐의 전체 함량은 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 브롬, 더욱 바람직하게, 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량% 브롬 범위의 전체 브롬 함량과 동일한 범위이다.Although the total amount of halogens present in the nanoparticles of the present invention can vary, the total content of halogens in the nanoparticles is less than about 5 wt%, preferably less than about 0.001 wt%, based on the total weight of the nanoparticles, To about 5% by weight bromine (or when calculated as bromine), which is determined by the amount or atomic weight of the particular binary halogen composition used. More preferably, the total content of halogens in the nano plate is in the same range as the total brom content in the range of about 0.01 wt.% To about 4 wt.%, Based on the total weight of the bromine nanoplate. In some embodiments, the total content of halogen in the nanofabric is preferably from about 0.001 wt% to about 5 wt% bromine, more preferably from about 0.01 wt% to about 5 wt%, based on the total weight of the nanofabric, Is in the same range as the total bromine content in the range of 4 wt% bromine.

본 발명의 할로겐화된 박리 흑연에 존재하는 할로겐의 총량은 다를 수 있고, 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 브롬으로서 산출하는 경우에, 약 5 중량% 이하, 바람직하게, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 범위, 더욱 바람직하게, 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량% 범위의 전체 브롬 함량(또는 브롬으로서 산출함)에 대해 균등한 범위, 또는 바람직하게, 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 브롬으로서 산출하는 경우에, 바람직하게, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 범위, 더욱 바람직하게, 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량% 범위의 전체 할로겐 함량을 갖는다.The total amount of halogens present in the halogenated exfoliated graphite of the present invention may be different and may be up to about 5 weight percent, preferably about 0.001 weight percent, when calculated as bromine, based on the total weight of the halogenated exfoliated graphite. (Or calculated as bromine) in the range of from about 0.01 wt.% To about 5 wt.%, More preferably in the range of from about 0.01 wt.% To about 4 wt.%, Or preferably the total weight of the halogenated exfoliated graphite Based on the total halogen content, calculated as bromine, preferably has a total halogen content in the range of about 0.001 wt% to about 5 wt%, more preferably in the range of about 0.01 wt% to about 4 wt%.

본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 구 "브롬으로서," "브롬으로서 보고된," "브롬으로서 산출된" 및 할로겐에 대한 유사한 구는 달리 주지하지 않는 한, 할로겐의 양을 지칭하며, 여기서, 수치는 브롬에 대해 산출된 것이다. 예를 들어, 불소 원소가 사용될 수 있지만, 할로겐화된 박리 흑연 및 할로겐화된 그래핀 나노판상체에서 할로겐의 양은 브롬에 대해 값으로서 기술된다.As used herein, the phrases " as bromine ", "reported as bromine "," calculated as bromine ", and similar phrases for halogen refer to the amount of halogen, unless otherwise noted, . For example, although the fluorine element can be used, the amount of halogen in the halogenated exfoliated graphite and the halogenated graphene nanofabric is described as a value for bromine.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 할로겐화된, 특히 브롬화된, 나노판상체는 수 층 그래핀(few-layered graphene)을 포함한다. "수 층 그래핀"은 적층된 층상 그래핀 나노판상체의 그룹핑(grouping)이 약 10개 이하의 그래핀 층, 바람직하게, 약 1개 내지 약 5개의 그래핀 층을 함유하는 것을 의미한다. 이러한 수 층 그래핀은 통상적으로, 보다 많은 수의 그래핀 층으로 이루어진 상응하는 나노판상체와 비교하여 우수한 성질을 갖는다. 2층 그래핀을 포함하는 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 특히 바람직하며, 특히, 2층 브롬화된 그래핀 나노판상체가 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the halogenated, especially brominated, nano-platelets comprise a few-layered graphene. By "water layer graphene" is meant that the grouping of laminated layered graphene nanofabrices contains up to about 10 graphene layers, preferably about 1 to about 5 graphene layers. Such water-soluble graphenes typically have superior properties compared to corresponding nanofabric sheets of a greater number of graphene layers. Particularly preferred is a halogenated graphene nanofabric material comprising two-layer graphene, in particular a graphene nanofibrous material with two-layer brominated graphene.

특히 바람직한 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 수 층 또는 2층 브롬화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 브롬화된 그래핀 나노판상체이며, 여기서, 층들 간의 거리는 고해상도 투과 전자 현미경법(TEM)에 의해 측정하는 경우 약 0.335 nm이다. 2층의 두께가 원자력 현미경법(AFM)에 의해 측정하는 경우 약 0.7 nm인 2층 그래핀을 포함하는 브롬화된 그래핀 나노판상체가 또한 특히 바람직하다.A particularly preferred halogenated graphene nanofibrous body is a brominated graphene nanofibrous body comprising a multi-layer or two-layer brominated graphene nanofibrous body wherein the distance between the layers is measured by high resolution transmission electron microscopy (TEM) , It is about 0.335 nm. Particularly preferred is a brominated graphene nanofibrous layer comprising a two-layer graphene whose thickness is about 0.7 nm when the thickness of the two layers is measured by atomic force microscopy (AFM).

또한, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 종종 원자력 현미경법(AFM)에 의해 측정하는 경우, 약 0.1 내지 약 50 마이크론, 바람직하게, 약 0.5 내지 약 50 마이크론, 더욱 바람직하게, 약 1 내지 약 40 마이크론 범위의 측면 크기를 갖는다. 일부 적용에서, 약 1 내지 약 20 마이크론의 측면 크기가 할로겐화된 그래핀 나노판상체에 대해 바람직하다. 할로겐화된 그래핀 나노판상체에 대하여, 보다 큰 측면 크기는 종종 보다 양호한 전도성 및 증가된 물리적 또는 기계적 강도를 제공한다. 측면 크기는 층 두께에 대해 수직 방향의 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 선형 크기이다.In addition, the halogenated graphene nanofibers of the present invention often have a particle size of from about 0.1 to about 50 microns, preferably from about 0.5 to about 50 microns, more preferably from about 1 to about 50 microns, as measured by atomic force microscopy (AFM) And has a lateral dimension in the range of about 40 microns. In some applications, lateral dimensions of about 1 to about 20 microns are preferred for the halogenated graphene nanofibers. For halogenated graphene nanofibers, larger lateral dimensions often provide better conductivity and increased physical or mechanical strength. The lateral dimension is the linear size of the halogenated graphene nanofibers perpendicular to the layer thickness.

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체, 특히, 브롬화된 그래핀 나노판상체는 향상된 수중 분산성을 갖는다. 이러한 성질이 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에서 화학적으로 결합된 할로겐에 의해 제공된다고 이론화된다.The halogenated graphene nanoparticles of the present invention, particularly the brominated graphene nanoparticles, have improved water dispersibility. It is theorized that this property is provided by chemically bonded halogens around the graphene layer of the nano plate.

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체, 특히, 브롬화된 그래핀 나노판상체의 다른 유리한 특성은 우수한 열적 안정성이다. 특히, 브롬화된 그래핀 나노판상체는 불활성 대기 하, 약 800℃ 이하의 온도에서 열중량 분석(TGA)을 수행하는 경우에, 무시할 정도의 중량 손실을 나타낸다. 불활성 대기 하, 900℃에서, 브롬화된 그래핀 나노판상체의 TGA 중량 손실은 통상적으로, 약 4 중량% 이하, 대개 약 3 중량% 이하이다. 또한, 본 발명에서, 불활성 대기 하에서의 브롬화된 그래핀 나노판상체의 TGA 중량 손실 온도는 브롬의 양이 증가함에 따라 감소하는 것으로 관찰되었다. 불활성 대기는 예를 들어, 헬륨, 아르곤, 또는 질소일 수 있다. 질소가 통상적으로 사용되고, 바람직하다.Another advantageous characteristic of the halogenated graphene nanoparticles of the present invention, particularly the brominated graphene nanofibers, is excellent thermal stability. In particular, brominated graphene nanofibers exhibit negligible weight loss when subjected to thermogravimetric analysis (TGA) at temperatures below about 800 ° C under an inert atmosphere. At 900 DEG C under an inert atmosphere, the TGA weight loss of the grafted graphene nanofibers is typically about 4 weight percent or less, usually about 3 weight percent or less. Further, in the present invention, it has been observed that the TGA weight loss temperature of the brominated graphene nanofibers under an inert atmosphere decreases as the amount of bromine increases. The inert atmosphere may be, for example, helium, argon, or nitrogen. Nitrogen is commonly used and is preferred.

본 발명의 바람직한 구현예는 본원에 기술된 무수 질소 대기 하, 약 800℃ 이하의 온도에서 열중량 분석(TGA)을 수행할 때, 무시할 정도의 중량 손실을 가지면서, 또한, 향상된 수중 분산성을 가지고/거나 2층 그래핀 나노판상체를 포함하는 브롬화된 그래핀 나노판상체이다. 바람직하게, 브롬화된 그래핀 나노판상체의 TGA 중량 손실은 불활성 대기 하, 900℃에서 약 4 중량% 이하, 더욱 바람직하게, 불활성 대기 하, 900℃에서 약 3 중량% 이하이다.A preferred embodiment of the present invention is a process for the preparation of a thermogravimetric analysis (TGA) which, under negligible nitrogen atmosphere described herein, has negligible weight loss when subjected to a thermogravimetric analysis (TGA) Or a brominated graphene nanofibrous body containing two layers of graphene nanofabric. Preferably, the TGA weight loss of the brominated graphene nanofibers is less than or equal to about 4 weight percent at 900 DEG C, more preferably less than or equal to about 3 weight percent at 900 DEG C under an inert atmosphere, under an inert atmosphere.

할로겐화된 박리 흑연은 할로겐화된 그래핀 나노판상체의 응집된 및/또는 적층된 층으로 이루어진 것으로 여겨진다. 할로겐화된 박리 흑연에서, 할로겐 함량 및 이에 대한 선호도는 총 중량이 할로겐화된 박리 흑연의 것이라는 것 이외에, 할로겐화된 그래핀 나노판상체에 대해 기술된 것과 동일하다.The halogenated exfoliated graphite is believed to consist of agglomerated and / or laminated layers of halogenated graphene nanofabric. In halogenated exfoliated graphite, the halogen content and its preference are the same as those described for the halogenated graphene nanofibers, except that the total weight is of halogenated exfoliated graphite.

할로겐화된 박리 흑연을 생성시키기 위한 본 발명의 방법 및 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 생성시키기 위한 방법의 일부는 물 및 산소의 부재 하에서 수행된다. 이러한 방법은,The process of the invention for producing halogenated exfoliated graphite and part of the process for producing halogenated graphene nanofibers is carried out in the absence of water and oxygen. In this method,

I) 브롬 원소(Br2), 불소 원소(F2), 요오드 모노클로라이드(ICl), 요오드 모노브로마이드(IBr), 요오드 모노플루오라이드(IF), 및 이러한 것들 중 임의의 2 이상의 혼합물로부터 선택된 이원자 할로겐을 흑연 플레이크와 접촉시켜 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 포함하는 고형물을 형성시키는 단계; 및I) Dyes selected from bromine element (Br 2 ), fluorine element (F 2 ), iodine monochloride (ICl), iodine monobromide (IBr), iodine monofluoride (IF), and mixtures of any two or more thereof Contacting the halogen with a graphite flake to form a solid comprising halogen-intercalated graphite; And

II) (a) 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 약 400℃ 이상의 온도까지 빠르게 가열시키고, 이러한 온도에서 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 유지시키고, (b) 상기 반응 구역 내에서 Br2, F2, ICl, IBr, IF, 또는 이러한 것들 중 임의의 2 이상의 혼합물로부터 선택된 이원자 할로겐과 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 접촉을 유지하면서, 산소 및 수증기가 존재하지 않는 반응 구역에, 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 공급하고, 반응 구역으로부터 할로겐화된 박리 흑연을 인출시키는 단계로서, 할로겐화된 박리 흑연이 약 5 중량% 이하의 전체 할로겐 함량인 단계;II) reacting the halogen-intercalated graphite to a temperature of at least about 400 ° C and keeping the halogen-intercalated graphite at such temperature, and (b) reacting Br 2 , F 2 , Halogen-intercalated graphite in the absence of oxygen and water vapor, while maintaining contact of the binary halide and the halogen-intercalated graphite selected from the group consisting of ICI, IBr, IF, or mixtures of any two or more thereof. And withdrawing the halogenated exfoliated graphite from the reaction zone, wherein the halogenated exfoliated graphite has a total halogen content of about 5% by weight or less;

III) 선택적으로, 단계 I) 및 단계 II)를 순서대로 1회 이상 반복하는 단계;III) optionally, repeating step I) and step II) one or more times in order;

IV) 선택적으로, 상기 할로겐화된 박리 흑연을 할로겐화된 그래핀 나노판상체 유리 절차(liberation procedure)로 처리하여 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 형성시키는 단계;IV) optionally, treating the halogenated exfoliated graphite with a halogenated graphene nanoplate lassification procedure to form a halogenated graphene nanoplate;

V) 단계 IV)가 수행될 때, 단계 I), 단계 II) 및 선택적으로, 단계 IV)를 순서대로 1회 이상 반복하는 단계를 포함한다.V) When step IV) is carried out, it comprises repeating step I), step II) and, optionally, step IV) one or more times in order.

할로겐화된 박리 흑연이 요망되는 생성물일 때, 할로겐화된 그래핀 나노판상체 유리 절차가 수행된다.When the halogenated exfoliated graphite is the desired product, a halogenated graphene nanofabric glass procedure is performed.

본 방법은 배치 공정으로서 또는 연속 공정으로서 수행될 수 있다. 연속 공정으로서 수행될 때, 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 공급은 바람직하게, 연속적이며, 바람직하게, 반응 구역으로부터 할로겐화된 박리 흑연의 인출은 반응 구역에 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 연속 공급을 가능하게 하는 속도로 이루어진다. 공급이 연속적일 때, 공급 중 약간의 중단(interruption)이 허용 가능하며, 단, 중단 시간은 반응에서 물질 파괴를 야기시키지 않을 정도로 충분히 작다.The method may be carried out as a batch process or as a continuous process. When carried out as a continuous process, the supply of halogen-intercalated graphite is preferably continuous, and preferably the withdrawal of the halogenated exfoliated graphite from the reaction zone leads to a continuous supply of halogen-intercalated graphite to the reaction zone . When the supply is continuous, some interruption during the supply is acceptable, but the downtime is small enough not to cause material failure in the reaction.

통상적으로, 본 발명의 방법의 단계 I) 및 단계 II)가 수행되는 환경은 수분-부재, 산소-부재 환경이다. 수분-부재, 산소-부재 환경은 아르곤, 헬륨, 또는, 바람직하게, 질소와 같은 불활성 가스와 함께 사용하기 전에 용기 및 반응 구역을 퍼징함으로써 얻어질 수 있다. 일부 경우에, 불활성 가스(아르곤, 헬륨, 또는 바람직하게, 질소)는 운반 가스로서 사용될 수 있다. 미량의 산소 및 물(100부 당 수 부 정도)은 본 발명의 방법 동안 용인될 수 있다. 본 방법의 단계 IV)는 수분-부재, 산소-부재 환경에서 수행될 필요는 없다.Typically, the environment in which step I) and step II) of the method of the present invention is carried out is a water-free, oxygen-free environment. The moisture-free, oxygen-free environment can be obtained by purging the vessel and reaction zone before use with argon, helium, or, preferably, an inert gas such as nitrogen. In some cases, an inert gas (argon, helium, or preferably nitrogen) can be used as the carrier gas. Trace amounts of oxygen and water (parts per hundred parts) can be tolerated during the process of the present invention. Step IV) of the method need not be performed in a moisture-free, oxygen-free environment.

본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "반응 구역"은 할로겐-인터칼레이션된 흑연이 약 400℃ 이상에서 유지되는 구역을 지칭한다. 본 방법의 단계 II)는 튜브형 반응기, 예를 들어, 드롭 반응기(drop reactor)와 같은 반응기에 공급된 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 빠른 가열을 가능하게 하는 임의의 반응기(반응 구역)에서 수행될 수 있다.As used throughout this document, the term "reaction zone" refers to a zone in which halogen-intercalated graphite is maintained at about 400 ° C or higher. Step II) of the process may be carried out in any reactor (reaction zone) which allows rapid heating of the halogen-intercalated graphite fed to the reactor, such as a tubular reactor, for example a drop reactor .

본 발명의 실행에서 흑연 출발 물질은 대개, 분말, 또는 바람직하게, 플레이크의 형태이다. 흑연의 특정 형태(분말, 플레이크, 등), 및 흑연의 소스(천연 또는 합성)는 얻어진 결과에 영향을 미치는 것으로 보이지 않는다. 흑연은 약 50 ㎛(약 270 표준 U.S. 메시) 이상의 평균 입자 크기를 갖는다. 바람직하게, 흑연은 약 100 ㎛(약 140 표준 U.S. 메시) 이상의 평균 입자 크기를 갖는다. 더욱 바람직하게, 흑연은 약 200 ㎛(약 70 표준 U.S. 메시) 이상, 더욱더 바람직하게, 약 250 ㎛(약 60 표준 U.S. 메시) 이상의 평균 입자 크기를 갖는다. 보다 큰 평균 입자 크기를 갖는 흑연이 (보다 작은 크기의 흑연 플레이크와 비교하여) 보다 많은 양의 이원자 할로겐을 흑연에 인터칼레이션되도록 하고 박리가 더욱 용이하게 일어나고, 보다 적은 그래핀 층을 함유한 생성물이 수득되는 것으로 확인되었다. 또한, 약 20 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 흑연이 본 발명의 방법으로 수행될 때 명확하게 팽창하지 않는 것으로 확인되었다. 흑연 출발 물질에서 결함 및/또는 불순물은 생성물 할로겐화된 박리 흑연 및 할로겐화된 그래핀 나노판상체에 잔류한다.In the practice of the present invention, the graphite starting material is usually in the form of a powder, or preferably a flake. Certain types of graphite (powders, flakes, etc.) and sources of graphite (natural or synthetic) do not appear to affect the results obtained. Graphite has an average particle size of about 50 microns (about 270 standard U.S. mesh) or more. Preferably, the graphite has an average particle size of at least about 100 [mu] m (about 140 standard U.S. mesh). More preferably, the graphite has an average particle size of at least about 200 microns (about 70 standard U.S. mesh), and even more preferably, at least about 250 microns (about 60 standard U.S. mesh). Graphite having a larger average particle size allows a larger amount of binary halogens to be intercalated into graphite (as compared to a smaller size graphite flake), resulting in easier peeling and less product Was obtained. It has also been found that graphite having an average particle size of about 20 mu m or less is not clearly expanded when it is carried out by the method of the present invention. Defects and / or impurities in the graphite starting material remain in the product halogenated exfoliated graphite and the halogenated graphene nanofibers.

팽창 흑연은 상업적으로 입수 가능한 제품으로서, 인터칼레이션 및 박리 단계의 한 세트의 결과이고, 이의 생산 공정으로부터 약간의 산소를 함유할 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 팽창 흑연은 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다.Expanded graphite is a commercially available product, the result of a set of intercalation and exfoliation steps, and may contain some oxygen from its production process. Commercially available expanded graphite may be used in the process of the present invention.

본 발명의 방법에서 이원자 할로겐 분자는 대개 브롬 원소(Br2), 불소 원소(F2), 요오드 모노클로라이드(ICl), 요오드 모노브로마이드(IBr), 요오드 모노플루오라이드(IF), 또는 이러한 할로겐 화합물들 중 임의의 2 이상의 혼합물을 포함한다. 브롬 원소(Br2)은 이러한 방법에서 이원자 할로겐으로서 바람직하다. 이원자 할로겐이 IF일 때, 단계 I)은 대개, 저온에서, 일반적으로 실온 미만에서 수행된다.In the process of the present invention, the divalent halogen molecule is usually a bromine atom (Br 2 ), a fluorine element (F 2 ), iodine monochloride (ICl), iodine monobromide (IBr), iodine monofluoride And mixtures of any two or more thereof. The bromine element (Br 2 ) is preferred as the divalent halogen in this way. When the divalent halogen is IF, step I) is usually carried out at low temperature, generally below room temperature.

본 방법의 단계 I)은 흑연 및 이원자 할로겐(들)을 접촉시킴으로써 수행된다. 본 발명의 실행에서, 이원자 할로겐은 가스 형태 또는 액체 형태로 사용될 수 있다. 이원자 할로겐은 가스로서, 또는 이후에 가스상 형태를 제공하기 위해 증기화되는 고체 또는 액체로서 공급될 수 있다. 단계 I)은 물 및 산소의 부재 하에서 수행된다. 단계 I) 동안의 온도는 대개 주변 온도(약 18℃ 내지 약 25℃)이다.Step I) of the process is carried out by contacting graphite and binary halogen (s). In the practice of the present invention, binary halogens can be used in gaseous form or liquid form. Divalent halogens can be supplied as a gas or as a solid or liquid which is subsequently vaporized to provide a gaseous form. Step I) is carried out in the absence of water and oxygen. The temperature during step I) is usually ambient (about 18 [deg.] C to about 25 [deg.] C).

단계 I)의 바람직한 구현예에서, 흑연은 유동층에 배치되며, 이원자 할로겐 가스는 흑연의 유동층을 통해 흘러서, 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 형성시킨다.In a preferred embodiment of step I), the graphite is disposed in a fluidized bed, and the binary halogen gas flows through the fluidized bed of graphite to form halogen-intercalated graphite.

단계 II)에서, 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 박리 및 할로겐화가 일어나서, 할로겐화된 박리 흑연을 형성시킨다. 단계 II)에 존재하는 이원자 할로겐 가스는 대개 할로겐-인터칼레이션된 흑연의 박리에 의해 제공된다. 단계 II)는 물 및 산소의 부재 하에서 수행된다.In step II), the stripping and halogenation of the halogen-intercalated graphite takes place to form halogenated exfoliated graphite. The divalent halogen gas present in step II) is usually provided by stripping of halogen-intercalated graphite. Step II) is carried out in the absence of water and oxygen.

할로겐화된 박리 흑연은 반응 구역을 약 400℃ 이상에서 가열시킴으로써 및/또는 단계 II)에서 할로겐화된 박리 흑연을 가열시킴으로써, 400℃ 이상까지 빠르게 가열되고, 400℃ 이상에서 유지된다. 단계 II)에서의 가열은 전도, 대류, 및 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 방사선(예를 들어, 적외선 또는 마이크로파)에 노출, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 방법을 포함한다. 단계 II)에서, 가열은 바람직하게, 약 2℃/초 이상, 더욱 바람직하게, 약 50℃/초 이상, 더욱더 바람직하게, 약 100℃/초 이상, 및 더욱더 바람직하게, 약 250℃/초 이상의 속도로 이루어진다. 바람직하게, 가열 속도는 약 2℃/초 내지 약 1000℃/초, 더욱 바람직하게, 약 50℃/초 내지 약 1000℃/초, 및 더욱더 바람직하게, 약 250℃/초 내지 약 1000℃/초의 범위이다.The halogenated exfoliated graphite is rapidly heated to above 400 DEG C by heating the reaction zone at about 400 DEG C or higher and / or by heating the halogenated exfoliated graphite in step II), and is maintained at 400 DEG C or higher. The heating in step II) includes methods such as conduction, convection, and exposure of halogen-intercalated graphite to radiation (e.g., infrared or microwave), or any combination thereof. In step II) the heating is preferably at least about 2 ° C / second, more preferably at least about 50 ° C / second, even more preferably at least about 100 ° C / second and even more preferably at least about 250 ° C / Speed. Preferably, the heating rate is from about 2 DEG C / sec to about 1000 DEG C / sec, more preferably from about 50 DEG C / sec to about 1000 DEG C / sec, and even more preferably from about 250 DEG C / Range.

단계 II)에서, 체류 시간은 일반적으로 약 1초 내지 약 5시간, 또는 약 1초 내지 약 60초, 또는 약 0.1분 내지 약 2시간, 또는 약 1시간 내지 약 5시간의 범위이다. 보다 짧은 체류 시간은 보다 빠른 가열 속도에 대해 바람직하며, 보다 긴 체류 시간은 보다 느린 가열 속도에 대해 바람직하다.In step II), the residence time is generally in the range of from about 1 second to about 5 hours, or from about 1 second to about 60 seconds, or from about 0.1 minute to about 2 hours, or from about 1 hour to about 5 hours. A shorter residence time is desirable for faster heating rates, and longer residence times are desirable for slower heating rates.

단계 I) 및 단계 II)가 반복될 때, 바람직하게, 총 3 세트의 단계 I) 및 단계 II)가 흑연 상에서 수행된다(2개의 추가적인 세트의 단계 I 및 단계 II). 보다 많은(또는 보다 적은) 세트의 단계 I) 및 단계 II)가 요망되는 경우에, 수행될 수 있다. 단계 I), 단계 II), 및 단계 IV)의 세트가 순서대로 1회 이상 반복될 때, 총 3 세트의 단계 I), 단계 II), 및 단계 IV)가 흑연 상에서 수행되는 것이 바람직하다(2개의 추가적인 세트의 단계 I, 단계 II, 및 단계 IV). 보다 많은(또는 보다 적은) 세트의 단계 I), 단계 II), 및 단계 IV)가 요망되는 경우에, 수행될 수 있다. 선택적으로, 단계 I) 및 단계 II)는 단계 IV) 후에 1회 이상 반복될 수 있거나, 단지 단계 I) 및 단계 II), 및 단계 I), 단계 II), 및 단계 IV)의 반복의 조합이 수행될 수 있다.When step I) and step II) are repeated, preferably, a total of three sets of steps I) and II) are carried out on graphite (two additional sets of steps I and II). If more (or less) sets of steps I) and II) are desired. It is preferred that a total of three sets of steps I), II) and IV) are carried out on graphite when the set of step I), step II) and step IV) are repeated one or more times in order Additional sets of Stage I, Stage II, and Stage IV). More (or less) sets of steps I), II) and IV) may be desired. Optionally, step I) and step II) can be repeated one or more times after step IV), or only a combination of step I) and step II) and repeating step I), step II), and step IV) .

흑연, 할로겐-인터칼레이션된 흑연, 할로겐화된 박리 흑연, 및/또는 할로겐화된 그래핀 나노판상체와 같은 입자를 이송시키기 위한 편리한 방법은 이러한 것을 요망되는 위치로 블로잉함에 의한 것이다. 흑연, 할로겐-인터칼레이션된 흑연, 할로겐화된 박리 흑연, 및/또는 할로겐화된 그래핀 나노판상체와 같은 고체 입자로부터 이원자 할로겐(들)을 분리시키기 위해 유용한 장치는 사이클론이다.A convenient way to transport particles, such as graphite, halogen-intercalated graphite, halogenated exfoliated graphite, and / or halogenated graphene nanofibers, is by blowing this to the desired location. A useful device for separating binary halogen (s) from solid particles such as graphite, halogen-intercalated graphite, halogenated exfoliated graphite, and / or halogenated graphene nanofibers is cyclone.

단계 I) 및 단계 II)에 대한 압력 조건은 통상적으로 주변 압력 또는 대기압 초과 압력이며, 본 방법은 또한 감압 하에서 또는 진공 하에서 수행될 수 있다. 대기압 초과 압력은 바람직하게, 약 15 psi(1×105 Pa) 내지 약 1000 psi(6.9×106 Pa), 더욱 바람직하게, 약 20 psi(1.4×105 Pa) 내지 약 100 psi(6.9×105 Pa)의 범위이다. 본 발명의 일 구현예에서, 흑연은 감압 하에서, 예를 들어, 약 5 torr(6.6×102 Pa) 내지 약 700 torr(9.3×104 Pa), 더욱 바람직하게, 약 10 torr(1.3×103 Pa) 내지 약 600 torr(8×104 Pa)에서 존재할 수 있다.The pressure conditions for step I) and step II) are typically ambient or superatmospheric pressure, and the process may also be carried out under reduced pressure or under vacuum. The atmospheric excess pressure is preferably between about 15 psi (1 x 10 5 Pa) and about 1000 psi (6.9 x 10 6 Pa), more preferably between about 20 psi (1.4 x 10 5 Pa) and about 100 psi 10 5 Pa). In one embodiment of the present invention, the graphite is dried under reduced pressure, for example, at a pressure of about 5 torr (6.6 x 10 2 Pa) to about 700 torr (9.3 x 10 4 Pa), more preferably about 10 torr 3 Pa) to about 600 torr (8 x 10 < 4 > Pa).

주변 압력에서, 단계 II)에서 반응 구역에서의 온도는 통상적으로 약 400℃ 이상, 바람직하게, 약 400℃ 내지 약 1200℃, 더욱 바람직하게, 약 600℃ 내지 약 1100℃, 더욱더 바람직하게, 약 750℃ 내지 약 1000℃이다. 단계 II)가 감압 하에서 수행될 때, 보다 낮은 온도가 사용될 수 있다. 일반적으로, 반응 구역에서의 온도는 약 3000℃ 미만이다.At ambient pressure, the temperature in the reaction zone in step II) is typically at least about 400 ° C, preferably from about 400 ° C to about 1200 ° C, more preferably from about 600 ° C to about 1100 ° C, Deg.] C to about 1000 [deg.] C. When step II) is carried out under reduced pressure, lower temperatures can be used. Generally, the temperature in the reaction zone is less than about 3000 ° C.

할로겐화된 그래핀 나노판상체를 형성할 때, 할로겐화된 박리 흑연은 할로겐화된 그래핀 나노판상체 유리 절차로 수행되며, 이는 통상적으로 하나 이상의 입자 크기 감소 기술이며, 하나 초과의 입자 크기 감소 기술을 사용할 때, 기술들이 조합될 수 있다. 입자 크기 감소 기술은 그라인딩, 건식 또는 습식 밀링, 고전단 혼합, 및 초음파처리를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 그라인딩 또는 밀링 및 초음파처리가 할로겐화된 그래핀 나노판상체 상에서 수행될 때, 그라인딩 또는 밀링은 바람직하게, 초음파처리 전에 수행된다. 초음파처리를 위한 용매는 통상적으로 하나 이상의 극성 단일양성자 용매이다. 초음파처리를 위한 적합한 용매는 N-메틸-2-피롤리디논, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 등을 포함한다. 실제로, 선택적으로 및 바람직하게, 계면활성제를 함유한 심지어 물은 초음파처리 단계에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 이온성 및/또는 비이온성 계면활성제가 사용될 수 있다. 적합한 계면활성제는 당해 분야에 공지되어 있다. 통상적인 분리 기술은 용매로부터 초음파처리된 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 분리하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 여과 또는 원심분리).When forming a halogenated graphene nano plate, the halogenated exfoliated graphite is carried out in a halogenated graphene nanofiltrel glass procedure, which is typically one or more particle size reduction techniques, using one or more particle size reduction techniques Techniques can be combined. Particle size reduction techniques include, but are not limited to, grinding, dry or wet milling, high shear mixing, and ultrasonication. When grinding or milling and ultrasonic treatment are carried out on a halogenated graphene nanofabric body, grinding or milling is preferably carried out before ultrasonic treatment. Solvents for ultrasonic treatment are typically one or more polar single proton solvents. Suitable solvents for ultrasonic treatment include N-methyl-2-pyrrolidinone, dimethylformamide, acetonitrile, and the like. Indeed, optionally and preferably, even water containing a surfactant can be used in the ultrasonic treatment step. One or more ionic and / or nonionic surfactants may be used. Suitable surfactants are known in the art. Conventional separation techniques can be used (e. G., Filtration or centrifugation) to separate the ultrasonically treated halogenated graphene nanofibers from the solvent.

수-부재 및/또는 산소-부재 환경에서 할로겐화된 박리 흑연 또는 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 유지시키는 것이 필수적인 것은 아니다. It is not necessary to maintain the halogenated exfoliated graphite or the halogenated graphene nanofibers in a water-and / or oxygen-free environment.

본 방법의 종료 시에, 할로겐화된 박리 흑연은, 본 방법의 종료 시에, 요망되는 경우에, 할로겐화된 박리 흑연, 또는 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 대개, 슬러리, 습윤케이크(wetcake), 또는 분말 형태로 수집된다. 분말 형태일 때, 할로겐화된 박리 흑연 또는 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 필터 또는 다른 입자 수집 장치에 의해 포집될 수 있다.At the end of the process, the halogenated exfoliated graphite, when desired, at the end of the process, if desired, the halogenated exfoliated graphite, or the halogenated graphene nanoplanar body, is usually a slurry, a wet cake, And collected in powder form. When in powder form, halogenated exfoliated graphite or halogenated graphene nanofibers can be collected by a filter or other particle collection device.

본 방법 동안 할로겐-인터칼레이션된 흑연으로부터 방출된 이원자 할로겐 가스는 본 방법의 단계 II) 후에 반응 구역으로부터 제거될 수 있다. 요망되는 경우에, 본 방법 동안 방출된 이원자 할로겐 가스는 회수되고, 선택적으로 본 방법으로 재활용된다.The binary halide gas released from the halogen-intercalated graphite during the process can be removed from the reaction zone after step II) of the process. If desired, the quaternary halogen gas released during the process is recovered and optionally recycled in this manner.

상기에 언급된 바와 같이, 도면을 참조로 하여, 도 1은 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체의 일부의 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지로서, 이러한 TEM 이미지는 본 발명에서 수득된 브롬화된 그래핀 나노판상체의 큰 측면 크기를 도시한 것이다.As noted above, with reference to the figures, Figure 1 is a high-resolution transmission electron microscopy (TEM) image of a portion of a brominated graphene nano plate of the present invention, which TEM image shows the brominated 0.0 > a < / RTI > large lateral dimension of the graphene nano plateau.

도 2에서, 본 발명의 방법에서 형성된 일련의 브롬-인터칼레이션된 흑연에 대한 한 세트의 X-선 분말 회절 패턴, 및 흑연에 대한 패턴이 도시되어 있다. 이러한 시리즈에서, 브롬 원소의 양이 증가함에 따라, 고정된 양의 흑연이 반응/접촉되었다. 패턴은 위에서부터 끝에서 두 번째 결과로 가장 적은 양에서 가장 많은 양으로의 브롬으로 배열되고, 가장 끝 결과는 흑연에 대한 것이다. X-선 회절 패턴이 도시된 생성물은 본 발명의 방법의 단계 I)에서와 같이 생성된 브롬-인터칼레이션된 흑연이다[또한, 하기 실시예 2 참조]. In FIG. 2 , a set of X-ray powder diffraction patterns for a series of bromine-intercalated graphite formed in the process of the present invention and a pattern for graphite are shown. In this series, as the amount of elemental bromine increased, a fixed amount of graphite was reacted / contacted. The pattern is arranged from the smallest to the greatest amount of bromine, from top to bottom, the second result, the end result is for graphite. The product in which the X-ray diffraction pattern is depicted is the bromine-intercalated graphite produced as in step I) of the process of the present invention (see also Example 2 below).

도 3에서, 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지는 이미지에서 두 개의 평행한 리지(ridge) 또는 라인으로서 본 발명의 2-층 브롬화된 그래핀 나노판상체의 두 개의 층을 도시한 것이다. 두 개의 층의 거리는 약 0.335 nm인 것으로 결정되었다. [실시예 2 참조]. In Figure 3 , a high resolution transmission electron microscope (TEM) image shows two layers of the inventive two-layer brominated graphene nanofabric as two parallel ridges or lines in the image. The distance between the two layers was determined to be about 0.335 nm. [Refer to Embodiment 2].

도 4a도 4b는 상면도(top view)이다. 도 4a, 수중 브롬화된 박리 흑연과 도 4b, 흑연 및 물의 비교는 도 4a의 샘플이 수중 브롬화된 박리 흑연의 분산으로 인하여, 울퉁불퉁한 텍스쳐(lumpy texture)를 갖는다. 상반되게, 도 4b의 샘플은 흑연이 물의 표면 상에 있기 때문에 매끄러운 텍스쳐를 갖는다. 할로겐화된 박리 흑연(예를 들어, 브롬화된 박리 흑연)은 본 발명의 방법의 단계 II)의 생성물이다. [또한, 하기 실시예 2 참조]. Figures 4A and 4B are top views. Figure 4a, the water separation brominated graphite and Figure 4b, graphite and water, the comparison sample of Figure 4a, due to the dispersion of the water separation brominated graphite, and has a rugged texture (lumpy texture). Conversely, the sample of Figure 4B has a smooth texture because graphite is on the surface of the water. Halogenated exfoliated graphite (e. G., Brominated exfoliated graphite) is the product of step II) of the process of the present invention. [See also Example 2 below].

도 5에서, 브롬화된 박리 흑연에 대한 N2 하에서의 TGA는 매우 요망되는 열적 특징을 갖는 것을 도시한 것이다. 브롬화된 박리 흑연에 대한 TGA 결과와 흑연에 대한 결과의 비교는, 브롬화된 박리 흑연이 흑연의 열 거동과 유사한 열 거동을 갖는 것을 나타낸다. 도 5에서의 브롬화된 박리 흑연은 본 발명의 방법의 단계 I), 단계 II) 및 단계 III)에서와 같이 제조된 것이다[또한, 하기 실시예 2 참조]. In FIG. 5 , TGA under N 2 for brominated exfoliated graphite has very desirable thermal properties. A comparison of the TGA results for brominated exfoliated graphite and the results for graphite shows that the brominated exfoliated graphite has thermal behavior similar to that of graphite. The brominated exfoliated graphite in FIG. 5 is prepared as in step I), step II) and step III) of the process of the present invention (see also example 2 below).

도 6은, 브롬화된 그래핀 나노판상체에 대한 공기 중 TGA 중량 손실이 흑연 출발 물질에 대한 공기 중 TGA 중량 손실과 유사함을 도시한 것이다[하기 실시예 2 참조]. Figure 6 shows that the TGA weight loss in air for the brominated graphene nanofabric is similar to the TGA weight loss in air for the graphite starting material (see Example 2, below).

이와 관련하여, 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체에 대하여, 분산성 및 열적 거동은 브롬화된 박리 흑연에 대해 확인된 수중 분산성 및 TGA 결과와 매우 유사한 것으로 예상된다. 다시 말해서, 본 발명의 방법의 단계 IV)에서와 같은 할로겐화된 그래핀 유리 절차는 수중 분산성 또는 열적 거동에 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다.In this regard, for the brominated graphene nanofibers of the present invention, the dispersibility and thermal behavior are expected to be very similar to the TGA results and water dispersibility identified for the brominated exfoliated graphite. In other words, it is expected that halogenated graphene glass procedures, such as in step IV) of the process of the present invention, will not affect water dispersibility or thermal behavior.

이의 향상된 성능 능력으로 인하여, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 소량 스케일(예를 들어, 전화기 및 자동차용 배터리를 포함하는, 리튬 이온 배터리 애노드 적용) 내지 대량 스케일(대량 에너지 저장소, 예를 들어, 발전소용)의 에너지 저장 적용, 또는 배터리 및 축전기와 같은 에너지 저장 장치에서 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 의해 제공된 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 개발 중에 있는 다양한 에너지 저장 적용에서 사용될 수 있음을 시사하는 것이 합리적이다. 이러한 에너지 저장 적용의 예는 실리콘 애노드, 고체 상태 전해질, 마그네슘 이온 배터리, 소듐 이온 배터리, 리튬 황 배터리, 리튬 에어 배터리, 및 리튬 이온 커패시터 장치를 포함한다. 이러한 장치 중 하나 이상이 리튬 이온 기술을 능가할 수 있을 것으로 생각될 수 있다.Due to its improved performance capabilities, the halogenated graphene nanofibers of the present invention can be used in small scale (e.g., lithium ion battery anode applications, including telephones and automotive batteries) or in large scales For energy storage applications, or for energy storage devices such as batteries and capacitors. In this regard, it is reasonable to suggest that the halogenated graphene nanofibers provided by the present invention may be used in a variety of energy storage applications under development. Examples of such energy storage applications include silicon anodes, solid state electrolytes, magnesium ion batteries, sodium ion batteries, lithium sulfur batteries, lithium air batteries, and lithium ion capacitor devices. One or more of these devices may be considered to be able to outperform lithium-ion technology.

본 발명의 일부 구현예에서, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체, 바람직하게, 브롬화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 전극을 포함하는 에너지 저장 장치가 제공된다. 전극은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 전극이 애노드일 때, 이는 실리콘 애노드일 수 있다. 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 전극은 리튬 이온 배터리, 리튬 황 배터리, 리튬 이온 커패시터, 슈퍼 커패시터, 소듐 이온 배터리, 또는 마그네슘 이온 배터리에 존재할 수 있다.In some embodiments of the present invention, an energy storage device is provided that includes an electrode comprising a halogenated graphene nanoplate of the present invention, preferably a brominated graphene nanoplate. The electrode may be an anode or a cathode. When the electrode is the anode, it may be a silicon anode. Electrodes containing halogenated graphene nanofibers may be present in lithium ion batteries, lithium sulfur batteries, lithium ion capacitors, supercapacitors, sodium ion batteries, or magnesium ion batteries.

일부 구현예에서, 전극은 카본 블랙(애노드에서, 활물질; 캐소드에서, 첨가제)을 함유하는 애노드 또는 캐소드이며, 여기서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 애노드 또는 캐소드 중 카본 블랙 총 중량을 기준으로 하여, 애노드 또는 캐소드 중 카본 블랙의 약 0.1 중량% 이상을 포함한다. 바람직하게, 애노드는 약 0.1 중량% 내지 약 98 중량% 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 포함하며, 더욱 바람직하게, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 브롬화된 그래핀 나노판상체이다.In some embodiments, the electrode is an anode or cathode containing carbon black (at the anode, the active material; at the cathode, the additive), wherein the halogenated graphene nanofabric is in the anode or cathode, based on the total weight of the carbon black , At least about 0.1 weight percent of the carbon black in the anode or cathode. Preferably, the anode comprises about 0.1 wt.% To about 98 wt.% Halogenated graphene nanofabric, more preferably, the halogenated graphene nanofibrous body is a brominated graphene nanofibrous body.

다른 구현예에서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 함유한 전극은 하기 기술된 것 중 하나 이상을 추가로 포함한다:In another embodiment, an electrode containing a halogenated graphene nanofibrous body further comprises one or more of the following:

탄소, 실리콘, 및/또는 하나 이상의 실리콘 옥사이드로부터 선택된 적어도 하나의 물질;At least one material selected from carbon, silicon, and / or one or more silicon oxides;

바인더;bookbinder;

전도성 보조물;Conductive aids;

카본 블랙; 및Carbon black; And

집전체.The whole house.

바람직하게, 전극은 애노드이며, 더욱 바람직하게, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 브롬화된 그래핀 나노판상체이다. 또한, 전극 중에 약 0.1 중량% 이상의 양의 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 바람직하다. 이러한 구현예에서, 애노드는 바람직하게, 바인더를 포함한다. 통상적인 바인더는 스티렌 부타디엔 고무 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF; 또한 폴리비닐리덴 디플루오라이드로 불리워짐)를 포함한다. 이러한 애노드에 대한 바람직한 구현예에서, 개선은 할로겐화된 그래핀 나노판상체, 바람직하게, 브롬화된 그래핀 나노판상체를 갖는 것을 포함하고, 약 10 중량% 내지 약 100 중량%의 전도성 보조물 및/또는 카본 블랙을 대신하거나, 개선은 할로겐화된 그래핀 나노판상체, 바람직하게, 브롬화된 그래핀 나노판상체를 갖는 것을 포함하고, 약 1 중량% 이상의 탄소, 실리콘, 및/또는 하나 이상의 실리콘 옥사이드를 대신한다.Preferably, the electrode is an anode, and more preferably, the halogenated graphene nanofabric is a brominated graphene nanofibrous body. In addition, a halogenated graphene nanofabric body in an amount of about 0.1% by weight or more is preferable for the electrode. In this embodiment, the anode preferably comprises a binder. Typical binders include styrene butadiene rubber and polyvinylidene fluoride (PVDF; also referred to as polyvinylidene difluoride). In a preferred embodiment of such an anode, the improvement comprises a halogenated graphene nanofabric, preferably a brominated graphene nanofibrous, and comprises from about 10% to about 100% by weight of a conductive auxiliary and / or Instead of carbon black, the improvement may include a halogenated graphene nanoplanar body, preferably having a brominated graphene nanoplanar body, wherein at least about 1 weight percent of carbon, silicon, and / or one or more silicon oxides are substituted for do.

에너지 저장 장치와 관련하여, 본 문헌 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "탄소"는 천연 흑연, 정제된 천연 흑연, 합성 흑연, 경질 탄소, 연질 탄소, 카본 블랙, 또는 이들의 임의의 조합을 지칭한다.As used in connection with energy storage devices, the term "carbon" as used throughout this document refers to natural graphite, refined natural graphite, synthetic graphite, light carbon, soft carbon, carbon black, or any combination thereof.

일부 에너지 저장 장치에서, 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체는 전극(캐소드 또는 애노드 중 어느 하나)에 대한 집전체로서 작용할 수 있으며, 다른 에너지 저장 장치에서, 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체는 전극에서 전도성 첨가제로서 작용할 수 있다.In some energy storage devices, the brominated graphene nanofibers of the present invention may act as current collectors for the electrodes (either the cathode or the anode) and, in other energy storage devices, The upper body may act as a conductive additive in the electrode.

일부 열경화성 또는 열가소성 조성물에서, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 열 관리 첨가제로서 기능할 수 있다. 다른 열경화성 또는 열가소성 조성물에서, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 전도성 첨가제로서 기능할 수 있다. 또 다른 열경화성 또는 열가소성 조성물에서, 본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 물리적 성질 향상 첨가제로서 기능할 수 있다.In some thermosetting or thermoplastic compositions, the halogenated graphene nanofibers of the present invention may function as a thermal management additive. In other thermosetting or thermoplastic compositions, the halogenated graphene nanofibers of the present invention may function as a conductive additive. In another thermosetting or thermoplastic composition, the halogenated graphene nanofibers of the present invention may function as a physical property enhancing additive.

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 또한, 다양한 적용을 위한 윤활제 조성물에서 유용할 수 있다. 이와 관련하여, 통상적인 유체탄성역학(elasto-hydrodynamic) 윤활제 및 폴리싱 및 거칠기(asperity)의 감소를 위한 윤활제의 단점 논의를 위해서 미국특허번호 제8,865,113호가 참조된다.The halogenated graphene nanofibers of the present invention may also be useful in a lubricant composition for a variety of applications. In this regard, reference is made to U.S. Patent No. 8,865,113 for a discussion of the disadvantages of conventional elasto-hydrodynamic lubricants and lubricants for polishing and reduction of asperity.

본 발명의 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 또한, 촉매 시스템에서 사용될 수 있으며, 여기서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 카보촉매로서, 금속-부재 촉매작용에서, 광촉매 작용에서, 또는 촉매 지지체로서 사용될 수 있다.The halogenated graphene nanofibers of the present invention can also be used in catalyst systems wherein the halogenated graphene nanofibers are used as carbocatalysts in metal-free catalysis, in photocatalysis, or as catalyst supports .

하기 실시예는 예시 목적을 위해 제시되는 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다.The following examples are presented for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the invention.

샘플 특징분석 및 성능 시험Sample feature analysis and performance testing

실시예에 기술된 실험 작업에서, 사용되는 샘플은 이의 물리적 특징분석 및 성능을 평가하기 위해 하기 방법에 의해 분석된다.In the experimental work described in the examples, the samples used were analyzed by the following methods to evaluate their physical characterization and performance.

원자력 현미경법(AFM) - 사용되는 AFM 기기는 ScanAsyst® 프로브를 구비한 ScanAsyst® 모드에서의, Bruker Corporation(Billerica, MA)에 의해 제작된 Dimension Icon® AFM이다. 이의 고해상도 카메라 및 X-Y 정위화는 빠르고 효율적인 샘플 탐색을 가능하게 한다. 샘플은 디메틸포름아미드(DMF)에 분산되고, 운모 상에 코팅되고, 이후에, AFM 하에서 분석되었다.Atomic microscopy (AFM) - AFM instrument used is a Dimension ® Icon AFM manufactured by ScanAsyst ®, Bruker Corporation (Billerica, MA) in a mode having a ScanAsyst ® probe. Its high-resolution camera and XY localization enable fast and efficient sample searching. Samples were dispersed in dimethylformamide (DMF), coated on mica, and then analyzed under AFM.

고해상도 투과 전자 현미경법(TEM) - JEM-2100 LaB6 TEM(JEOL USA, Peabody, MA)이 사용되었다. 작동 파라미터는 이미징, 및 원소 분석을 위한 TEM(Oxford Instruments plc, United Kingdom)용 에너지 분산 분광법(EDS; Energy Dispersive Spectroscopy)을 을 위해 200 kV 가속 전압을 포함한다. 샘플은 먼저 디메틸포름아미드(DMF)에 분산되고, 구리 그리드(copper grid) 상에 코팅되었다.High resolution transmission electron microscopy (TEM) - JEM-2100 LaB6 TEM (JEOL USA, Peabody, MA) was used. The operating parameters include an acceleration voltage of 200 kV for imaging, and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) for TEM (Oxford Instruments plc, United Kingdom) for elemental analysis. Samples were first dispersed in dimethylformamide (DMF) and coated on a copper grid.

주사 전자 현미경법(SEM) - 전자 이미징 및 원소 미세분석은 5 내지 25 keV에서 JSM 6300FXV(JEOL USA, Peabody, MA) 주사 전자 현미경에서 수행되었다. 시편은 시험 전에 금 또는 탄소의 얇은 층으로 코팅되었다. 에너지 분산 X-선 스펙트럼은, PentaFET Si(Li) 검출기(제조업체가 명확하지 않음)로서 언급되는, 저잡음 접합 전계 효과 트랜지스터 및 전하 복구 메카니즘이 도입된 5-터미널 장치(5-terminal device)를 갖는, Si(Li) 검출기를 갖는 에너지-분산 X-선 분광계가 장착된, Inca® 시스템(Oxford Instruments plc, United Kingdom)을 이용하여 획득되었다. 관찰된 강도로부터 반정량적 농도가 산출되었다. 값의 정확도는 플러스 또는 마이너스 20%인 것으로 추정된다. 모든 값은 중량%이다.Scanning Electron Microscopy (SEM) - Electron imaging and elemental microanalysis was performed on a JSM 6300FXV (JEOL USA, Peabody, MA) scanning electron microscope at 5-25 keV. The specimen was coated with a thin layer of gold or carbon before testing. The energy dispersive X-ray spectra were obtained with a low-noise junction field effect transistor and a 5-terminal device with charge recovery mechanism introduced, referred to as PentaFET Si (Li) detector (manufacturer is not clear) It was obtained using a spectrometer equipped with a distributed X- ray, Inca ® system (Oxford Instruments plc, United Kingdom) - Si (Li) detector with energy. Semi-quantitative concentrations were calculated from the observed intensities. The accuracy of the value is estimated to be plus or minus 20%. All values are percent by weight.

분말 X-선 회절계(XRD용) - 사용된 샘플 홀더는 O-링으로 시일링된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 돔으로 분리될 수 있는 마운트(mount)에 실리콘 제로 배경 플레이트 세트를 포함하였다. 접착력을 개선시키기 위해, 플레이트를 고진공 그리스의 매우 얇은 막(Apiezon®; M&I Materials Ltd., United Kingdom)으로 코팅하고, 분말화된 샘플을 플레이트 위에 빠르게 살포하고, 유리 슬라이드로 납작하게 만들었다. 돔 및 O-링을 설치하고, 어셈블리를 회절계로 옮겼다. 에너지-분산 1차원 검출기(LynxEye XE 검출기; Bruker Corp., Billerica, MA)가 장착된 D8 Advance(Bruker Corp., Billerica, MA) 상에서 Cu kα 방사선으로 회절 데이타를 획득하였다. 반복 스캔을 0.04° 스텝 크기 및 스텝 당 0.5초의 카운팅 시간으로 100 내지 140°2θ 각 범위에 걸쳐 수행하였다. 스캔 당 전체 시간은 8.7분이었다. 피크 프로파일 분석을 Jade 9.0 소프트웨어(Materials Data Incorporated, Livermore, CA)로 수행하였다.Powder X-ray diffractometer (for XRD) - The sample holder used included a set of silicon-zero background plates on a mount that could be separated by an O-ring sealed polymethylmethacrylate (PMMA) dome . To improve the adhesion, the plate was coated with a very thin film of high vacuum grease (Apiezon ® ; M & I Materials Ltd., United Kingdom), the powdered sample was rapidly sprayed onto the plate and flattened with a glass slide. The dome and O-ring were installed, and the assembly was moved to the diffraction system. Diffraction data were acquired with Cu kα radiation on a D8 Advance (Bruker Corp., Billerica, MA) equipped with an energy-dispersed one-dimensional detector (LynxEye XE detector; Bruker Corp., Billerica, Repetitive scans were performed over a range of 100 to 140 degrees 2 theta angles with a 0.04 degree step size and a counting time of 0.5 seconds per step. The total time per scan was 8.7 minutes. Peak profile analysis was performed with Jade 9.0 software (Materials Data Incorporated, Livermore, Calif.).

N2-등온선 - 77K의 액체 질소 온도에서의 질소 흡착을 측정하기 위하여, 가속화된 표면적 및 다공도 시스템(모델 번호 ASAP 2420; Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA)을 이용하였다. 흡착된 질소의 양을 적용된 증기압에 따라 측정하였으며, 이는 흡착 등온선을 구성한다. BET(Brunauer-Emmett-Teller) 표면적을 질소 흡착 등온선으로부터 유도하였다.N 2 -Isootherm - An accelerated surface area and porosity system (Model No. ASAP 2420; Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA) was used to measure nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperatures of 77K. The amount of nitrogen adsorbed was measured according to the applied vapor pressure, which constitutes the adsorption isotherm. The BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area was derived from the nitrogen adsorption isotherm.

TGA - TGA 분석을 글로브 박스 내측에 위치된, 오토샘플러(autosampler) 및 실리콘 카바이드 로(모델 번호 STA 449 F3, Netzsch-

Figure pct00001
GmbH, Germany)가 장착된 동시 DSC/TGA 분석기를 이용하여 수행하였다. 샘플을 120℃에서 20분 동안 사전-건조시키고, 이후에, 질소 또는 공기의 흐름 하에서 10℃/분로 850℃까지 가열하였다. 온도와 함께 잔류 중량을 기록하였다.The TGA-TGA analysis was carried out using an autosampler and silicon carbide (model number STA 449 F3, Netzsch-
Figure pct00001
GmbH, Germany) using a simultaneous DSC / TGA analyzer. The sample was pre-dried at 120 ° C for 20 minutes and then heated to 850 ° C at 10 ° C / min under nitrogen or air flow. Residual weight with temperature was recorded.

리튬-이온 배터리 시험 - 반-전지 시험(half-cell test)을 에틸렌 카보네이트/디메틸 카보네이트 중 1M 리튬 헥사플루오로포스페이트 용액(EC/DMC 중 LiPF6)(50/50)의 전해질과 함께 수행하였으며, 시험된 전압 범위는 0 내지 3V이다. 애노드를 하기에 기술된 바와 같이, 시험 샘플로 제조하였으며, 리튬을 상대 전극으로서 사용하였다. 상업적 배터리-등급 흑연을 베이스라인으로서 시험하였다.Lithium-Ion Battery Test - A half-cell test was conducted with an electrolyte of a 1 M lithium hexafluorophosphate solution in ethylene carbonate / dimethyl carbonate (LiPF 6 in EC / DMC) (50/50) The voltage range tested is 0 to 3V. The anode was prepared as a test sample, as described below, and lithium was used as a counter electrode. Commercial battery-grade graphite was tested as a baseline.

흑연, 또는 50/50 흑연/브롬화된 그래핀 나노판상체 중 어느 하나의 활물질을 N-메틸-2-피롤리리돈(NMP) 중 바인더(폴리비닐리덴 플루오라이드; PVDF) 및 카본 블랙과 혼합하고, 얻어진 페이스트를 예를 들어, MTI Corporation으로부터 입수 가능한 닥터 블레이드를 이용하여 구리 호일(약 20 마이크론의 두께를 가짐) 상에 코팅하였으며, 이로부터 약 2 cm 직경의 다수의 코인형 전지를 어셈블리하였다. 상이한 충전/방전율에서의 용량을 8-채널 배터리 분석기를 이용하여 측정하였다(0.002-1 mA, 최대 5V; 모델 번호 BST8-WA, MTI Corporation, Richmond, CA). Graphite or 50/50 graphite / brominated graphene nanofibers is mixed with a binder (polyvinylidene fluoride; PVDF) and carbon black in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) , And the obtained paste was coated on a copper foil (having a thickness of about 20 microns) using, for example, a doctor blade available from MTI Corporation, from which a plurality of coin-type batteries of about 2 cm diameter were assembled. The capacities at different charge / discharge ratios were measured using an 8-channel battery analyzer (0.002-1 mA, max. 5V; Model No. BST8-WA, MTI Corporation, Richmond, Calif.).

슈퍼 커패시터 시험 - 슈퍼 커패시터 시험을 EC/DMC(50/50) 중 2M 리튬 비스-(트리플루오로메틸설포닐)이미드(LiTFSI)의 전해질과 함께 수행하였으며, 시험된 전압 범위는 0 내지 2.5V이다. 표면적 약 800 ㎡/g의 상업적으로 입수 가능한 분말화된 활성탄(PAC)을 베이스라인으로서 사용하였다. 상업적 PAC, 또는 PAC와 브롬화된 그래핀 나노판상체의 혼합물 중 어느 하나의 활물질을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 중 바인더 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 카본 블랙과 혼합하고, 얻어진 페이스트를 닥터 블레이드를 이용하여 구리 호일(약 20 마이크론의 두께를 가짐) 상에 코팅하였으며, 이로부터 약 2 cm 직경의 다수의 코인형 전지 배터리를 어셈블링하였다. 순환 전압전류법(CV) 곡선을 0에서 2.5V까지 20 mV/s 스캔 속도에서 일정 전위기(potentiostat)(모델 번호 SP-150, Bio-Logic Science Instruments SAS, Claix, France)로 측정하고, 20회 반복하였으며, 정전 용량(capacitance)을 20번째 방전 곡선의 적분으로부터 산출하였다.Supercapacitor test-The supercapacitor test was performed with an electrolyte of 2M lithium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiTFSI) in EC / DMC (50/50) and the tested voltage range was 0 to 2.5V to be. Commercially available powdered activated carbon (PAC) having a surface area of about 800 m < 2 > / g was used as the baseline. Any one of commercial PAC or a mixture of PAC and a brominated graphene nanofibrous substance is mixed with binder polyvinylidene fluoride (PVDF) and carbon black in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) The obtained paste was coated on a copper foil (having a thickness of about 20 microns) using a doctor blade, from which a plurality of coin-shaped battery cells having a diameter of about 2 cm were assembled. The cyclic voltammetry (CV) curve was measured from 0 to 2.5 V with a potentiostat (Model No. SP-150, Bio-Logic Science Instruments SAS, Claix, France) at a scan rate of 20 mV / And the capacitance was calculated from the integration of the 20th discharge curve.

실시예 1Example 1

입자의 35%가 300 마이크론 보다 크고 입자의 85%가 180 마이크론 보다 큰, 여러 개의 개별 2 그램의 천연 흑연의 샘플(Abbury Carbons, Asbury, New Jersey)을 실온에서 24시간 동안, 0.2 mL, 0.3 mL, 0.5 mL, 1 mL, 1.5 mL 또는 3 mL의 액체 브롬(Br2)과 접촉시켰다. 24시간 후에, 바이알에서 브롬 증기로부터의 칼라는, 바이알에서의 브롬 증기 농도가 증가함에 따라, 더욱 진해졌다. 얻어진 브롬-인터칼레이션된 물질을 X-선 분말 회절(XRD)에 의해 분석하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시각적으로 관찰 가능한 브롬 증기의 양에 따라, 상이한 브롬-인터칼레이션된 화합물을 형성하였다. 액체 브롬의 존재에 의해 나타낸 바와 같이, 브롬 증기가 포화에 도달된 직후에, "스테이지-2" 브롬-인터칼레이션된 흑연이 형성되었다. 이러한 실시예의 나머지 모두의 인터칼레이션 단계에서, 달리 상세하게 언급될 때를 제외하고, 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연을 수득하기 위해 인터칼레이션 단계 동안 포화된 브롬 증기압을 유지하였다.A sample of several individual 2 grams of natural graphite (Abbury Carbons, Asbury, New Jersey), 35% of the particles being greater than 300 microns and 85% of the particles being greater than 180 microns, , 0.5 mL, 1 mL, 1.5 mL, or 3 mL of liquid bromine (Br 2 ). After 24 hours, the color from the bromine vapor in the vial became more dense as the bromine vapor concentration in the vial increased. The resulting bromine-intercalated material was analyzed by X-ray powder diffraction (XRD). As shown in Figure 2, different bromine-intercalated compounds were formed, depending on the amount of bromine vapor that was visually observable. As indicated by the presence of liquid bromine, "Stage-2" bromine-intercalated graphite was formed immediately after the bromine vapor reached saturation. In the intercalation step of all of the other examples of this embodiment, the saturated bromine vapor pressure was maintained during the intercalation step to obtain stage-2 bromine-intercalated graphite, except when otherwise specifically stated.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 사용되는 것과 동일한 입자 크기의 천연 흑연(4 g)을 실온에서 64시간 동안 4 g의 액체 브롬과 접촉시켰다. 과량의 액체 브롬은 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 존재하였다. 모든 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연을 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(drop tube reactor)(직경 5 cm)에 45분의 시간 동안 연속적으로 공급하였으며, 그 동안 반응기를 900℃에서 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃에서 유지하면서, 드롭 반응기에서 60분 동안 브롬 증기압을 유지하였다. 반응기에서 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각하였다.Natural graphite (4 g) of the same particle size as used in Example 1 was contacted with 4 g of liquid bromine at room temperature for 64 hours. Excess liquid bromine was present to ensure the formation of stage-2 bromine-intercalated graphite. All stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed to a drop tube reactor (diameter 5 cm) pre-purged with nitrogen for a period of 45 minutes while the reactor was maintained at 900 < 0 & Respectively. The bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 60 minutes while maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚. The solid material in the reactor was cooled with a stream of nitrogen.

일부 냉각된 고체 물질(3 g)을 실온에서 16시간 동안 액체 브롬(4 g)과 접촉시켰으며, 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 과량의 액체 브롬이 존재하게 하였다. 이후에, 이러한 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연 모두를, 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(직경 5 cm)에 30분 내에 연속적으로 공급하였다. 반응기를 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 공급 동안 900℃에서 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃에서 유지하면서, 드롭 반응기에서 60분 동안 브롬 증기압을 유지하였다. 반응기에서의 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각하였다.Some cooled solid material (3 g) was contacted with liquid bromine (4 g) at room temperature for 16 hours and an excess of liquid bromine was present to ensure formation of stage-2 bromine-intercalated graphite . Subsequently, all such stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed into a nitrogen pre-purged drop tube reactor (diameter 5 cm) within 30 minutes. The reactor was maintained at 900 占 폚 during the supply of stage-2 bromine-intercalated graphite. The bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 60 minutes while maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚. The solid material in the reactor was cooled with a nitrogen stream.

바로 수득된 일부 냉각된 고체 물질(2 g)을 실온에서 16시간 동안 액체 브롬(2.5 g)과 접촉시켰으며, 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 과량의 액체 브롬이 존재하게 하였다. 이후에, 이러한 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연 모두를, 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(직경 5 cm)에 20분 내에 연속적으로 공급하였다. 반응기를 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 공급 동안 900℃에서 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃에서 유지하면서, 드롭 반응기에서 60분 동안 브롬 증기압을 유지하였다. 반응기에서의 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각하였다.Some cooled solid material (2 g) obtained immediately was contacted with liquid bromine (2.5 g) at room temperature for 16 hours and excess liquid bromine was added to ensure the formation of stage-2 bromine-intercalated graphite . Subsequently, all such stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed into a nitrogen pre-purged drop tube reactor (diameter 5 cm) within 20 minutes. The reactor was maintained at 900 占 폚 during the supply of stage-2 bromine-intercalated graphite. The bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 60 minutes while maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚. The solid material in the reactor was cooled with a nitrogen stream.

바로 수득된 일부 냉각된 고체 물질을 디메틸포름아미드(DMF) 중에 분산시키고, 6분 동안 초음파처리로 수행하고, 이후에, TEM 및 AFM으로 분석하였다. TEM 결과는, 브롬화된 그래핀 나노판상체가 2층 그래핀을 포함하는 것을 나타내었으며, TEM 분석은 또한, 두 개의 그래핀 층 간의 거리(d002)가 약 0.335 nm(도 3 참조)이었음을 나타내었는데, 이는 이러한 그래핀 층이 손상-부재이고, 그래핀 층에 단지 sp2 탄소를 함유함을 의미한다. AFM 분석에서는 샘플이 2-층 그래핀을 포함한 것을 확인하였고, 또한, 2-층 그래핀의 두께가 약 0.7 nm이었음을 나타내었는데, 이는 그래핀 층이 손상-부재이고, 그래핀 층 내에 단지 sp2 탄소가 존재한다는 것을 확인해 주는 것이다.Some cold solids obtained immediately were dispersed in dimethylformamide (DMF), sonicated for 6 minutes, and then analyzed by TEM and AFM. The TEM results indicated that the brominated graphene nanofibers contained two layers of graphene and the TEM analysis also showed that the distance between two graphene layers (d002) was about 0.335 nm (see Figure 3) , Which means that this graphene layer is damage-free and contains only sp 2 carbon in the graphene layer. AFM analysis confirmed that the sample contained two-layer graphene and also showed that the thickness of the two-layer graphene was about 0.7 nm, indicating that the graphene layer is a damage- 2 carbon is present.

EDS 분석에서는 샘플 중에 0.9 중량% 브롬, 뿐만 아니라, 97.7 중량% 탄소, 1.3 중량% 산소, 및 0.1 중량% 염소가 존재함을 나타내었다.The EDS analysis showed that 0.9 wt% bromine, as well as 97.7 wt% carbon, 1.3 wt% oxygen, and 0.1 wt% chlorine were present in the sample.

샘플은 4 마이크론 초과의 적어도 측면 크기를 갖는 2-층 브롬화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 것으로 확인되었으며, 이러한 샘플은 또한, 약 9 마이크론의 측면 크기를 갖는 4-층 브롬화된 그래핀 나노판상체를 함유하였다.The sample was found to contain a two-layer brominated graphene nanofibrous body with at least lateral dimensions of more than 4 microns, and this sample also had a four-layered brominated graphene nanoplate with a lateral dimension of about 9 microns The upper body was contained.

초음파처리로 처리하기 보다는, 제3 세트의 인터칼레이션 및 박리 단계로부터의 일부 냉각된 고체 물질을 공기 하에서, TGA로 수행하였다. 800℃까지의 샘플의 중량 손실은 약 1% 미만이었다. 일부 흑연 출발 물질을 또한 TGA에 의해 분석하였다. 흑연으로부터의 중량 손실은 또한, N2 중에서 800℃까지 무시할 정도였다. 이에 따라, N2 중에서 800℃까지의 무시할 정도의 중량 손실이 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체의 다른 특징적인 특성이라고 결론지어졌다.Rather than being treated by ultrasonic treatment, some cooled solid material from the third set of intercalation and stripping steps was performed with TGA under air. The weight loss of the sample up to 800 DEG C was less than about 1%. Some graphite starting materials were also analyzed by TGA. The weight loss from graphite was also negligible up to 800 ° C in N 2 . Thus, N 2 was concluded that the different characteristic properties of the brominated graphene nano platelets present in from a weight loss of up to 800 ℃ negligible invention.

초음파처리로 처리하기 보다는, 제3 세트의 인터칼레이션 및 박리 단계로부터의 일부 냉각된 고체 물질을 공기 하에서, TGA로 수행하였다. 샘플의 중량 손실은 약 700℃에서 개시하였다. 일부 흑연 출발 물질을 또한, TGA에 의해 분석하였다. 흑연으로부터의 중량 손실은 또한, 공기 중, 약 700℃에서 개시하는 것으로 관찰되었다.[도 6 참조].Rather than being treated by ultrasonic treatment, some cooled solid material from the third set of intercalation and stripping steps was performed with TGA under air. The weight loss of the sample was initiated at about 700 ° C. Some graphite starting materials were also analyzed by TGA. Weight loss from graphite was also observed to start in air at about 700 ° C (see FIG. 6).

제3 세트의 인터칼레이션 및 박리 단계로부터의 다른 부분의 냉각된 고체 물질(0.2 그램) 및 흑연(0.2 g)을 별도의 250 mL 양의 물과 혼합하였다. 냉각된 고체 물질(브롬화된 박리 흑연)은 수중에 용이하게 분산되었으며, 흑연은 물 위에 부유하였다. 이러한 결과는, 본 발명의 브롬화된 그래핀 나노판상체가 향상된 수중 분산성을 지니는 것을 지시하는 것이다.The cooled solid material (0.2 grams) and graphite (0.2 grams) of the other part from the third set of intercalation and stripping steps were mixed with a separate 250 mL volume of water. The cooled solid material (brominated exfoliated graphite) was readily dispersed in water, and graphite floated on water. These results indicate that the brominated graphene nanofibers of the present invention have improved water dispersibility.

실시예 3Example 3

실시예 1에서 사용되는 것과 동일한 입자 크기의 천연 흑연(4 g)을 실온에서 48시간 동안 6 g의 액체 브롬과 접촉시켰다. 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 과량의 액체 브롬이 존재하게 하였다. 모든 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연을 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(직경 5 cm)에 60분의 시간 동안 연속적으로 공급하였으며, 그 동안 반응기를 900℃에서 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃로 유지하면서 드롭 반응기에서 브롬 증기압을 60분 동안 유지하였다. 반응기에서의 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각시켰다.Natural graphite (4 g) of the same particle size as used in Example 1 was contacted with 6 g of liquid bromine at room temperature for 48 hours. An excess of liquid bromine was present to ensure the formation of Stage-2 bromine-intercalated graphite. All stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed into a nitrogen pre-purged drop tube reactor (diameter 5 cm) for a period of 60 minutes while the reactor was maintained at 900 占 폚. The bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 60 minutes while maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚. The solid material in the reactor was cooled with a stream of nitrogen.

일부 냉각된 고체 물질(3 g)을 실온에서 16시간 동안 액체 브롬(4.5 g)과 접촉시키고, 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 과량의 액체 브롬이 존재하게 하였다. 이후에, 모든 이러한 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연을 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(직경 5 cm)에 30분 동안 연속적으로 공급하였다. 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 공급 동안 반응기를 900℃에 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃에서 유지하는 동안, 드롭 반응기에서 브롬 증기압을 30분 동안 유지하였다. 반응기에서 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각시켰다.Some cooled solid material (3 g) was contacted with liquid bromine (4.5 g) at room temperature for 16 hours to allow excess liquid bromine to be present to ensure the formation of stage-2 bromine-intercalated graphite. Subsequently, all such Stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed into a nitrogen pre-purged drop tube reactor (diameter 5 cm) for 30 minutes. The reactor was maintained at 900 DEG C during the feeding of Stage-2 bromine-intercalated graphite. While maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚, the bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 30 minutes. The solid material in the reactor was cooled with a stream of nitrogen.

바로 수득된 일부 냉각된 고체 물질(2 g)을 실온에서 24시간 동안 액체 브롬(3 g)과 접촉시키고, 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 형성을 보장하기 위해 과량의 액체 브롬이 존재하게 하였다. 이후에, 모든 이러한 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연을 질소로 사전-퍼징된 드롭 튜브 반응기(직경 5 cm)에 20분 동안 연속적으로 공급하였다. 스테이지-2 브롬-인터칼레이션된 흑연의 공급 동안 반응기를 900℃에 유지하였다. 반응기의 온도를 900℃에서 유지하는 동안, 드롭 반응기에서 브롬 증기압을 60분 동안 유지하였다. 반응기에서 고체 물질을 질소 흐름과 함께 냉각시켰다.Some cooled solid material (2 g) obtained immediately was contacted with liquid bromine (3 g) at room temperature for 24 hours and excess liquid bromine was present to ensure the formation of stage-2 bromine-intercalated graphite . Subsequently, all such Stage-2 bromine-intercalated graphite was continuously fed to a nitrogen pre-purged drop tube reactor (diameter 5 cm) for 20 minutes. The reactor was maintained at 900 DEG C during the feeding of Stage-2 bromine-intercalated graphite. While maintaining the temperature of the reactor at 900 占 폚, the bromine vapor pressure was maintained in the drop reactor for 60 minutes. The solid material in the reactor was cooled with a stream of nitrogen.

제3 세트의 인터칼레이션 및 박리 단계로부터의 일부 냉각된 고체 물질을 습식 적정 방법에 의해 브롬 함량에 대해 분석하였으며, 샘플 중에는 2.5 중량%의 브롬이 존재하게 하였다.Some cooled solid material from the third set of intercalation and stripping steps was analyzed for bromine content by a wet titration method and 2.5% by weight of bromine was present in the sample.

제3 세트의 인터칼레이션 및 박리 단계로부터의 냉각된 고체 물질의 일부(1 g)를 50 mL의 NMP와 혼합하고, 초음파처리하고, 이후에, 여과하여, 브롬화된 그래핀 나노판상체를 수득하였다. 필터 케이크를 130℃에서 12시간 동안 진공 건조시켰다.A portion (1 g) of the cooled solid material from the third set of intercalation and stripping steps was mixed with 50 mL of NMP, sonicated, and then filtered to yield a brominated graphene nanoplate Respectively. The filter cake was vacuum dried at 130 DEG C for 12 hours.

실시예 4Example 4

실시예 3으로부터의 브롬화된 그래핀 나노판상체(0.4 g), 흑연(0.4 g), 카본 블랙(0.1 g) 및 PVDF(0.1 g)를 NMP에서 혼합하고, 구리 호일 상에 코팅하였다. 직경이 2 cm인 6개의 코인형 전지를 Li-이온 배터리 시험을 위해 구리 호일 상의 이러한 코팅으로부터 애노드와 어셈블링하였다. 전지를 초기에 C/20에서 1회 충전/방전하고, C/2에서 20회, 이후에, 10C에서 500회 충전/방전하였다. 20회째 사이클에서 C/2 충전/방전율에서 전지의 평균 용량은 1 그램의 활물질 당 210 mAh이고, 1 그램의 브롬화된 그래핀 나노판상체 당 262 mAh이며, 500회째 사이클에서 10C 방전/충전율에서 전지의 평균 용량은 1 그램의 활물질 당 64 mAh, 및 1 그램의 브롬화된 그래핀 나노판상체 당 98 mAh이다.The brominated graphene nanofibers from Example 3 (0.4 g), graphite (0.4 g), carbon black (0.1 g) and PVDF (0.1 g) were mixed in NMP and coated on a copper foil. Six coin-shaped cells with a diameter of 2 cm were assembled with the anode from this coating on the copper foil for the Li-ion battery test. The battery was initially charged / discharged once at C / 20, charged / discharged at C / 2 for 20 times, and then at 10 C for 500 times. At the 20th cycle, the average capacity of the cell at C / 2 charge / discharge rate is 210 mAh per gram of active material, 262 mAh per gram of brominated graphene nanofabricate, and at a discharge rate of 10 C / Is 64 mAh per gram of active material, and 98 mAh per gram of brominated graphene nanofabric.

비교예 1Comparative Example 1

흑연(0.8 g), 카본 블랙(0.1 g), 및 PVDF(0.1 g)를 NMP에 혼합하고, 구리 호일 상에 코팅하였다. 직경이 2 cm인 6개의 코인형 전지를 Li-이온 배터리 시험을 위해 이러한 코팅으로부터의 애노드와 어셈블링하였다. 이러한 전지를 초기에 C/20에서 1회 충전/방전하고, 이후에 C/2에서 20회, 이후에, 10C에서 500회 충전/방전하였다. 20회째 사이클에서 C/2 충전/방전율에서의 전지의 평균 용량은 1 g의 활물질(흑연) 당 159 mAh이며, 500회째 사이클에서 10C 충전/방전율에서 전지의 평균 용량은 1 g의 활물질(흑연) 당 30 mAh이었다.Graphite (0.8 g), carbon black (0.1 g), and PVDF (0.1 g) were mixed in NMP and coated on a copper foil. Six coin-shaped cells with a diameter of 2 cm were assembled with the anode from this coating for a Li-ion battery test. This battery was initially charged / discharged once at C / 20, then charged / discharged at C / 2 20 times, and then at 10 C 500 times. The average capacity of the battery at the C / 2 charge / discharge rate is 159 mAh per 1 g of active material (graphite) at the 20th cycle, and the average capacity of the battery is 1 g of the active material (graphite) at the charge / Lt; / RTI >

실시예 5Example 5

실시예 3으로부터의 브롬화된 그래핀 나노판상체(0.2 g), 분말화된 활성탄(0.6 g), 카본 블랙(0.1 g) 및 PVDF(0.1 g)를 NMP에서 혼합하고, 구리 호일 상에 코팅하였다. 직경이 2 cm인 9개의 대칭 코인형 전지를 슈퍼 커패시터 시험을 위해 이러한 코팅으로부터의 두 전극 모두와 어셈블링하였다. 전지의 평균 용량은 1 g의 활물질 당 46.5 F이었다.Brominated graphene nanofibers from Example 3 (0.2 g), powdered activated carbon (0.6 g), carbon black (0.1 g) and PVDF (0.1 g) were mixed in NMP and coated on a copper foil . Nine symmetrical coin type cells with a diameter of 2 cm were assembled with both electrodes from this coating for supercapacitor testing. The average capacity of the cell was 46.5 F per gram of active material.

실시예 6Example 6

실시예 3으로부터의 브롬화된 그래핀 나노판상체(0.1 g), 분말화된 활성탄(0.8 g), 및 PVDF(0.1 g)를 NMP에서 혼합하고, 구리 호일 상에 코팅하였다. 직경이 2 cm인 9개의 대칭 코인형 전지를 슈퍼 커패시터 시험을 위해 이러한 코팅으로부터의 두 전극 모두와 어셈블링하였다. 전지의 평균 용량은 1 g의 활물질 당 63 F이었다.Brominated graphene nanofibers from Example 3 (0.1 g), powdered activated carbon (0.8 g), and PVDF (0.1 g) were mixed in NMP and coated onto copper foil. Nine symmetrical coin type cells with a diameter of 2 cm were assembled with both electrodes from this coating for supercapacitor testing. The average capacity of the cell was 63 F per 1 g of active material.

비교예 2Comparative Example 2

분말화된 활성탄(0.8 g), 카본 블랙(0.1 g), 및 PVDF(0.1 g)를 NMP에서 혼합하고, 구리 호일 상에 코팅하였다. 직경이 2 cm인 9개의 대칭 코인형 전지를 슈퍼 커패시터 시험을 위해 이러한 코팅으로부터의 두 전극 모두와 어셈블링하였다. 전지의 평균 용량은 1 g의 활물질 당 53 F이었다.Powdered activated carbon (0.8 g), carbon black (0.1 g), and PVDF (0.1 g) were mixed in NMP and coated on a copper foil. Nine symmetrical coin type cells with a diameter of 2 cm were assembled with both electrodes from this coating for supercapacitor testing. The average capacity of the cell was 53 F per 1 g of active material.

본 명세서 또는 이의 청구범위의 임의의 부분에서 화학명 또는 화학식에 의해 지칭되는 성분은, 단수 또는 복수로 지칭되던지 간에, 화학명 또는 화학적 타입에 의해 언급되는 다른 물질(예를 들어, 다른 성분, 용매, 등)과 접촉하기 전에 존재하는 것으로서 식별된다. 이는 임의의 경우에, 얻어진 화학적 변화, 변경 및/또는 반응이 본 명세서에 따라 요구되는 조건 하에서 함께 특정 성분들을 연결하는 자연스러운 결과이기 때문에, 이러한 화학적 변화, 변경 및/또는 반응이 얻어진 혼합물 또는 용액에서 일어난다는 것은 중요하지 않다. 이에 따라, 성분은 요망되는 작업을 수행하거나 요망되는 조성물을 형성하는 것과 관련하여 함께 결합되는 구성성분으로서 식별된다. 또한, 비록 하기 청구범위가 현재 시제로("포함하다," "이다," 등) 물질, 성분 및/또는 구성성분을 지칭할 수 있지만, 이러한 언급은 그 물질, 구성성분 또는 성분을 지칭하는 것인데, 왜냐하면 그 물질, 구성분 또는 성분은 본 개시에 따른 하나 이상의 다른 물질, 구성분 및/또는 성분과 먼저 접촉되고, 블랜드되거나 혼합되기 직전의 시점에 존재하였기 때문이다. 이에 따라, 물질, 성분 또는 구성성분이, 본 명세서 및 화학자의 일반적인 기술에 따라 수행되는 경우에, 접촉, 블렌딩 또는 혼합 작업의 과정 동안 화학 반응 또는 변형을 통해 이의 본래 정체성(identity)을 상실할 수 있다는 사실은, 실제적인 문제가 아니다.Ingredients referred to by chemical names or chemical formulas in any part of the specification or claims thereof, whether referred to singular or plural, are also intended to include other materials referred to by chemical name or chemical type (e.g., ≪ / RTI > and the like). This is because in any case the chemical changes, changes and / or reactions obtained are natural consequences of linking certain components together under the conditions required in accordance with the present disclosure, such chemical changes, changes and / It does not matter what happens. Accordingly, the components are identified as components that are bound together in connection with performing the desired task or forming the desired composition. Also, although the following claims may refer to materials, components and / or components in their present tense ("include," "is,", etc.), reference is made to the material, component or component , Because the material, component or component first came into contact with one or more other materials, components and / or components in accordance with the present disclosure, and was present at a point in time prior to being blended or mixed. Accordingly, when a substance, component or component is performed according to the general description of the present specification and the chemist, it is possible to lose its original identity through chemical reaction or modification during the course of the contacting, blending or mixing operation Is not a real problem.

본 발명은 본원에서 인용된 물질 및/또는 절차를 포함하거나, 이루어지거나, 이를 본질적으로 포함할 수 있다.The present invention may include, consist, or essentially comprise the materials and / or procedures recited herein.

본원에서 사용되는, 본 발명의 조성물 중의 구성성분의 양을 수식하거나, 본 발명의 방법에서 사용되는 용어 "약"은 예를 들어, 실제 세계에서 농축물 또는 사용 용액을 제조하기 위해 이용되는 통상적인 측정 및 액체 조작 절차를 통해, 이러한 절차에서 의도되지 않은 오차를 통해, 조성물을 제조하거나 방법을 수행하기 위해 사용되는 구성성분의 제조, 소스, 또는 순도의 차이, 등을 통해, 일어날 수 있는 수량의 편차를 지칭한다. 용어 "약"은 또한, 특정 초기 혼합물로부터 형성된 조성에 대해 상이한 평형 조건으로 인해 상이한 양을 포함한다. 용어 "약"에 의해 수식되거나 수식되지 않던지 간에, 청구범위는 양에 대한 균등물을 포함한다.As used herein, the term "about" as used in the methods of the present invention, or modifying the amount of constituents in the compositions of the present invention, refers to, for example, conventional Through measurement and liquid manipulation procedures, through unintentional errors in this procedure, through the manufacture of the components used to make the composition or perform the method, the difference in source, or purity, etc. Refers to the deviation. The term " about "also includes a different amount due to the different equilibrium conditions for the composition formed from the particular initial mixture. The claims, whether modified or not by the term " about " include equivalents to amounts.

달리 명백히 명시될 수 있는 것을 제외하고, 본원에서 사용되는 단수 형태("a" 또는 "an")는 설명 또는 청구범위를 지칭되는 단일 성분로, 제한하고자 의도되지 않고, 제한적으로 것으로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본원에서 사용되는 단수 형태는 텍스트에 달리 명백하게 명시되어 있지 않는 한, 하나 이상의 이러한 성분을 포함하도록 의도된다.As used herein, the singular forms "a" or "an" as used herein are not intended to be limiting, and should not be construed as limiting, to a single component referred to in the description or the claims . Rather, the singular forms as used herein are intended to include one or more such elements, unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명은 이의 실행에서 상당히 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 설명은 제한하기 위해 의도된 것이 아니고, 본 발명을 상기에 기술된 특정 예시로 제한적인 것으로서 해석되지 않아야 한다.The present invention can be significantly modified in its practice. Accordingly, the above description is not intended to be limiting, and the invention should not be construed as being limited to the specific examples described above.

Claims (38)

그래핀 층(graphene layer)을 포함하고, 나노판상체(nanoplatelet)의 그래핀 층의 둘레(perimeter)를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 하는, 할로겐화된 그래핀 나노판상체로서, 나노판상체에서 할로겐의 전체 함량은 브롬으로서 산출하는 경우 그리고 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하인, 할로겐화된 그래핀 나노판상체.Except for the carbon atoms that form the perimeter of the graphene layer of the nanoplatelet, including the graphene layer, (i) there are no elements or components other than sp 2 carbon. And (ii) a substantially defect-free graphene layer, characterized in that the total content of halogen in the nano-plate is calculated as bromine, and that of the nano-plate About 5% by weight or less, based on the total weight of the grafted nano-particles. 제1항에 있어서, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에 화학적으로 결합된 할로겐을 갖는, 할로겐화된 그래핀 나노판상체.The halogenated graphene nanofabric article of claim 1 having a halogen chemically bonded around the graphene layer of the nanofabric. 제1항 또는 제2항에 있어서, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레에 화학적으로 결합된 브롬을 갖는 브롬화된 그래핀 나노판상체인, 할로겐화된 그래핀 나노판상체.The halogenated graphene nanofabric sheet according to any one of claims 1 to 3, which is a brominated graphene nanoplate having bromine chemically bonded around a graphene layer of a nano plate. 제3항에 있어서, 향상된 수중 분산성(dispersibility in water)을 갖는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.The brominated graphene nanoparticle as claimed in claim 3, having improved dispersibility in water. 제1항에 있어서, 나노판상체가 브롬화된 그래핀 나노판상체인, 할로겐화된 그래핀 나노판상체.The halogenated graphene nanofabric body according to claim 1, wherein the nanofabric body is a brominated graphene nanofiber. 제5항에 있어서, 상기 나노판상체가 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 전체 브롬 함량을 갖는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.6. The brominated graphene nanofabric article of claim 5, wherein the nanofabric has a total bromine content in the range of about 0.001 wt% to about 5 wt%, based on the total weight of the nanofibrous substrate. 제5항에 있어서, 상기 나노판상체가 수 층의 그래핀(few-layered graphene)을 포함하는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.6. The brominated graphene nanofabric article of claim 5, wherein the nanofabric comprises a few-layered graphene. 제5항에 있어서, 상기 나노판상체가 2층 그래핀(two-layered graphene)을 포함하는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.6. The brominated graphene nanofabric article of claim 5, wherein the nanofibrous body comprises a two-layered graphene. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 나노판상체가 고해상도 투과 전자 현미경법에 의해 측정하는 경우, 약 0.335 nm의 층들 간의 거리를 갖는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.The brominated graphene nanofibrous body according to claim 7 or 8, wherein the nanofabric has a distance between the layers of about 0.335 nm when measured by high resolution transmission electron microscopy. 제5항 또는 제9항에 있어서, 상기 나노판상체가 원자력 현미경법에 의해 측정하는 경우, 약 0.7 nm의 두께를 갖는 2층 그래핀을 포함하는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.The brominated graphene nanofabric article according to claim 5 or 9, wherein said nanofabric body comprises two-layer graphene having a thickness of about 0.7 nm when measured by atomic force microscopy. 제5항 또는 제6항에 있어서, 불활성 대기 하, 약 800℃ 이하의 온도에서 열중량 분석을 수행할 때 무시될 정도의 중량 손실을 나타내는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.7. The brominated graphene nanofibrous body according to claim 5 or 6, wherein the brominated graphene nanofibrous body exhibits negligible weight loss when performing thermogravimetric analysis at a temperature of about 800 DEG C or less under an inert atmosphere. 제5항 또는 제6항에 있어서, 불활성 대기 하, 약 900℃에서 열중량 분석을 수행할 때 약 4 중량% 이하의 중량 손실을 나타내는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.The brominated graphene nanofabric article of claim 5 or 6, wherein the brominated graphene nanofibrous body exhibits a weight loss of less than or equal to about 4 weight percent when performing thermogravimetric analysis at about 900 DEG C under an inert atmosphere. 제5항에 있어서, 원자력 현미경법에 의해 측정하는 경우, 약 0.1 내지 약 50 마이크론 범위의 측면 크기(lateral size)를 갖는, 브롬화된 그래핀 나노판상체.6. The brominated graphene nanofabric article of claim 5, having a lateral size in the range of about 0.1 to about 50 microns when measured by atomic force microscopy. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능하지 않은 화학적으로 결합된 산소 불순물을 갖는, 할로겐화된 그래핀 나노판상체.14. A halogenated graphene nanofibrous body according to any one of claims 1 to 13, having undetectable chemically bonded oxygen impurities. 브롬으로서 산출하는 경우 할로겐화된 박리 흑연(halogenated exfoliated graphite)의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하의 전체 할로겐 함량을 갖는, 할로겐화된 박리 흑연.Halogenated exfoliated graphite having a total halogen content of about 5% by weight or less, based on the total weight of the halogenated exfoliated graphite as calculated as bromine. 물 및 산소의 부재 하에 할로겐화된 박리 흑연을 제조하는 방법으로서,
I) 브롬 원소, 불소 원소, 요오드 모노클로라이드, 요오드 모노브로마이드, 요오드 모노플루오라이드, 및 이러한 것들 중 임의의 2 이상의 혼합물로부터 선택된 이원자 할로겐을 흑연 플레이크(graphite flake)와 접촉시켜, 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 포함하는 고형물을 형성시키는 단계; 및
II) (a) 할로겐-인터칼레이션된 흑연(halogen-intercalated graphite)을 약 400℃ 이상의 온도까지 빠르게 가열시키고, 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 약 400℃ 이상의 온도에서 유지시키고,
(b) 산소 및 수증기가 존재하지 않는 반응 구역 내에서 Br2, F2, ICl, IBr, IF, 또는 이러한 것들 중 임의의 2 이상의 혼합물로부터 선택된 이원자 할로겐을 할로겐-인터칼레이션된 흑연과의 접촉을 유지시키면서,
산소 및 수증기가 존재하지 않는 반응 구역에, 할로겐-인터칼레이션된 흑연을 공급하고,
반응 구역으로부터 할로겐화된 박리 흑연을 인출시키는 단계로서,
할로겐화된 박리 흑연은 브롬으로서 산출하는 경우 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하의 전체 할로겐 함량을 갖는 단계; 및
III) 선택적으로, 단계 I) 및 단계 II)를 1회 이상 순서대로 반복하는 단계를 포함하는 방법.
A method for producing halogenated exfoliated graphite in the absence of water and oxygen,
I) contacting a binary halogen selected from a bromine element, a fluorine element, iodine monochloride, iodine monobromide, iodine monofluoride, and a mixture of any two or more thereof with a graphite flake to form a halogen- To form a solid comprising graphite; And
II) A process for the preparation of halogen-intercalated graphite, comprising the steps of: (a) rapidly heating halogen-intercalated graphite to a temperature above about 400 ° C,
(b) contacting the divalent halogen selected from Br 2 , F 2 , IC 1, IBr, IF, or a mixture of any two or more thereof in a reaction zone in the absence of oxygen and water vapor, with halogen- Lt; / RTI >
In the reaction zone where oxygen and water vapor are not present, halogen-intercalated graphite is fed,
Withdrawing halogenated exfoliated graphite from the reaction zone,
The halogenated exfoliated graphite having a total halogen content of about 5 weight percent or less based on the total weight of the halogenated exfoliated graphite when calculated as bromine; And
III) optionally, repeating step I) and step II) one or more times in order.
제16항에 있어서,
IV) 상기 할로겐화된 박리 흑연을 할로겐화된 그래핀 나노판상체 유리 절차로 처리하여 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 형성시키는 단계; 및
V) 선택적으로, 단계 I), 단계 II), 및 선택적으로, 단계 IV)를 1회 이상 순서대로 반복하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
17. The method of claim 16,
IV) treating the halogenated exfoliated graphite with a halogenated graphene nanofabric glass procedure to form a halogenated graphene nanofibrous body; And
V) optionally further comprising repeating step I), step II) and, optionally, step IV) one or more times in order.
제16항에 있어서, 상기 할로겐-인터칼레이션된 흑연이 유동층에서 형성되는 방법.17. The method of claim 16, wherein the halogen-intercalated graphite is formed in a fluidized bed. 제16항에 있어서, 이에 의해 생성된 할로겐화된 박리 흑연이 할로겐화된 박리 흑연의 총 중량을 기준으로 하여, 브롬으로서 산출하는 경우, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 전체 할로겐 함량을 갖는 방법.The method of claim 16, wherein the halogenated exfoliated graphite produced thereby has a total halogen content in the range of from about 0.001 wt% to about 5 wt% when calculated as bromine, based on the total weight of the halogenated exfoliated graphite . 제17항에 있어서, 이에 의해 생성된 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 브롬으로서 산출하는 경우, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 전체 할로겐 함량을 갖는 방법.18. The method of claim 17, wherein the halogenated graphene nanoparticles produced thereby yield a total halogen content in the range of about 0.001 wt.% To about 5 wt.%, Calculated as bromine, based on the total weight of the nanoplate / RTI > 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 흑연 플레이크가 약 50 마이크론 이상의 측면 크기를 갖는 방법.20. The method according to any one of claims 16 to 19, wherein the graphite flakes have a lateral dimension of at least about 50 microns. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 방법에서 사용되는 상기 이원자 할로겐이 브롬 원소인 방법.21. The method according to any one of claims 16 to 20, wherein the divalent halogen used in the method is a bromine element. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 연속 공정으로서 수행되는 방법.23. The method according to any one of claims 16 to 22, wherein the method is carried out as a continuous process. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 배치 공정으로서 수행되는 방법.23. The method according to any one of claims 16 to 22, wherein the method is performed as a batch process. 할로겐화된 그래핀 나노판상체로 이루어진 전극을 포함하는 에너지 저장 장치로서, 나노판상체는 그래핀 층을 포함하고, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 가지며, 나노판상체에서 할로겐의 전체 함량은 브롬으로서 산출하는 경우 나노판상체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 에너지 저장 장치.An energy storage device comprising an electrode consisting of a halogenated graphene nanofabric body, wherein the nanofibrous body comprises a graphene layer and comprises: (i) a carbon nanotube- a graphene layer in which no element or component other than sp 2 carbon is present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer, wherein the total content of halogens in the nano plate is calculated as the total weight of the nano- By weight based on the total weight of the energy storage device. 제25항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가 리튬 이온 배터리, 리튬 황 배터리, 리튬 에어 배터리, 리튬 이온 커패시터, 슈퍼 커패시터, 소듐 이온 배터리, 또는 마그네슘 이온 배터리인 에너지 저장 장치.26. The energy storage device of claim 25, wherein the energy storage device is a lithium ion battery, a lithium sulfur battery, a lithium air battery, a lithium ion capacitor, a supercapacitor, a sodium ion battery, or a magnesium ion battery. 제25항에 있어서, 상기 전극이 애노드인 에너지 저장 장치.26. The energy storage device of claim 25, wherein the electrode is an anode. 제27항에 있어서, 상기 애노드가 실리콘 애노드인 에너지 저장 장치.28. The energy storage device of claim 27, wherein the anode is a silicon anode. 제25항에 있어서, 상기 전극이 카본 블랙을 함유한 애노드 또는 캐소드이며, 브롬화된 그래핀 나노판상체가, 애노드 또는 캐소드에서의 카본 블랙의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.1 중량% 이상의 애노드 또는 캐소드에서의 카본 블랙을 포함하는 에너지 저장 장치.26. The method of claim 25, wherein the electrode is an anode or cathode containing carbon black, wherein the brominated graphene nanofibrous body comprises at least about 0.1% by weight, based on the total weight of the carbon black at the anode or cathode, An energy storage device comprising carbon black at the cathode. 제25항에 있어서, 상기 전극이 캐소드인 에너지 저장 장치.26. The energy storage device of claim 25, wherein the electrode is a cathode. 제25항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가 고체 상태 전해질을 포함하는 에너지 저장 장치.26. The energy storage device of claim 25, wherein the energy storage device comprises a solid state electrolyte. 제27항에 있어서, 상기 애노드가
탄소, 실리콘, 및/또는 하나 이상의 실리콘 옥사이드로부터 선택된 물질;
바인더;
전도성 보조물(conductive aid);
카본 블랙; 및
집전체, 중 하나 이상을 포함하는 에너지 저장 장치.
28. The method of claim 27,
A material selected from carbon, silicon, and / or one or more silicon oxides;
bookbinder;
A conductive aid;
Carbon black; And
The energy storage device comprising at least one of the collectors.
제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 브롬화된 그래핀 나노판상체인 에너지 저장 장치.33. The energy storage device according to any one of claims 25 to 32, wherein the halogenated graphene nano plate is a brominated graphene nanofiber. 약 0.1 내지 약 30 중량% 범위의 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 함유하는 열가소성 또는 열경화성 조성물로서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 그래핀 층을 포함하고, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 하는, 조성물.A thermoplastic or thermoset composition comprising from about 0.1 to about 30 weight percent of a halogenated graphene nanofibrous body, wherein the halogenated graphene nanofibrous body comprises a graphene layer and the periphery of the graphene layer of the nano- (I) a graphene layer in which no elements or components other than the sp 2 carbon are present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer, except for the carbon atoms that form. 제34항에 있어서, 상기 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 브롬화된 그래핀 나노판상체인 조성물.35. The composition of claim 34, wherein the halogenated graphene nanoparticle is a brominated graphene nanocrystal. 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 윤활제 조성물로서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 그래핀 층을 포함하고, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 하는, 윤활제 조성물.A lubricant composition comprising a halogenated graphene nanofabric body, wherein the halogenated graphene nanofibrous body comprises a graphene layer and comprises: (i) a carbon nanotube- a graphene layer in which no elements or components other than sp 2 carbon are present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer. 할로겐화된 그래핀 나노판상체를 포함하는 촉매 시스템으로서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체는 그래핀 층을 포함하고, 나노판상체의 그래핀 층의 둘레를 형성하는 탄소 원자를 제외하고, (i) sp2 탄소 이외에 어떠한 원소 또는 성분도 존재하지 않는 그래핀 층, 및 (ii) 실질적으로 결함-부재 그래핀 층을 갖는 것을 특징으로 하는, 촉매 시스템.A catalyst system comprising a halogenated graphene nanofabric body, wherein the halogenated graphene nanofibrous body comprises a graphene layer and comprises: (i) a carbon nanotube- a graphene layer in which no elements or components other than sp 2 carbon are present, and (ii) a substantially defect-free graphene layer. 제37항에 있어서, 할로겐화된 그래핀 나노판상체가 카보촉매(carbocatalyst)로서, 금속-부재 촉매작용에서, 광촉매작용에서, 또는 촉매 지지체로서 사용되는 촉매 시스템.38. The catalyst system according to claim 37, wherein the halogenated graphene nanofibrous body is used as a carbocatalyst, in a metal-free catalysis, in a photocatalytic action, or as a catalyst support.
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